DE69418752T2

DE69418752T2 - Herstellungsverfahren von optischen Wellenleitern aus Polyimid

Info

Publication number: DE69418752T2
Application number: DE69418752T
Authority: DE
Inventors: Shinji Ando; Yasuko Maruo; Shinsuke Matsui; Tohru Matsuura; Shigekuni Sasaki; Toshiaki Tamamura; Fumio Yamamoto
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1993-03-18
Filing date: 1994-03-18
Publication date: 2000-01-27
Anticipated expiration: 2014-03-19
Also published as: EP0884610A2; EP0616234B1; EP0616234A3; US5572619A; DE69434548T2; EP0616234A2; EP0884610B1; DE69434548D1; EP0884610A3; DE69418752D1; US5598501A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Polyimid-Wellenleiters und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Polyimid-Wellenleiters, der einen aus Polyimid gefertigten Kern und eine Umhüllung, die mit dem Kern in Kontakt steht und einen Brechungsindex aufweist, der geringer als der des Kernes ist, umfaßt.
Wenn ein optisches Kommunikationssystem in die Praxis umgesetzt wird, ist es aufgrund der Entwicklung einer optischen Faser mit geringem Verlust erwünscht, daß verschiedene Arten von Vorrichtungen für die optische Kommunikation entwickelt werden. Weiterhin gibt es Forderungen nach einer optischen Leitungstechnik, insbesondere nach einer optischen Wellenleitertechnik, mittels der die optischen Vorrichtungen mit großer Dichte gepackt werden.
Allgemein muß ein optischer Wellenleiter bestimmte Voraussetzungen erfüllen, z. B. geringe optische Verluste, leichte Herstellung, ein steuerbares Kern-Umhüllungsbrechungsindexverhältnis und eine hohe Wärmebeständigkeit.
Als Material für den optischen Wellenleiter mit geringen optischen Verlusten kann ein auf Silica basierendes Material angegeben werden. Wie bereits in optischen Fasern erprobt, erreicht Silica, welches eine gute optische Durchlässigkeit aufweist, einen optischen Verlust von 0,1 dB/cm oder weniger bei einer Wellenlänge von 1,3 um, wenn es in einem optischen Wellenleiter verwendet wird. Die Herstellung von optischen Wellenleitern aus Quarzglas bereitet jedoch eine Anzahl von Problemen einschließlich von Herstellungsverfahren, die im Hinblick auf die Zeit langwierig sind, der hohen Temperaturen, die während der Herstellung erforderlich sind, und der Schwierigkeit, optische Wellenleiter mit einer großen Querschnittsfläche herzustellen.
Um diese Probleme zu lösen, wurden Versuche unternommen, optische Wellenleiter unter Verwendung von Kunststoffen wie Polymethylmethacrylat (PMMA), welche bei niedrigen Temperaturen und geringen Kosten hergestellt werden können, herzustellen. Herkömmliche optische Wellenleiter aus Kunststoff haben jedoch eine geringe Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen. Somit besteht ein Bedürfnis an einem optischen Wellenleiter aus Kunststoff mit einer hervorragenden Wärmebeständigkeit.
Unter den verschiedenartigen organischen Polymeren, die zur Zeit erhältlich sind, liefern Polyimide eine sehr hohe Beständigkeit gegenüber Wärme. Daher wurden diese Materialien auf dem Gebiet der Elektronik breit angewendet, um einen Isolierfilm zwischen den Schichten in der Mehrschichtleitung zu bilden oder um eine flexible Leiterplatte herzustellen. Es gibt jedoch kein Beispiel, bei dem Polyimid für eine optische Vorrichtung wie einen optischen Wellenleiter verwendet wurde.
Im Hinblick darauf haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung ein optisches Material aus Polyimid untersucht und entwickelt, welches für einen optischen Wellenleiter verwendbar ist. Wenn Polyimid bei optischen Kommunikationsanwendungen als optisches Material verwendet wird, gibt es zwei wichtige Punkte. Zum ersten ist dessen Durchlässigkeit im sichtbaren und nahen Infrarotbereich hervorragend. Zweitens kann dessen Brechungsindex frei gesteuert werden. Die Erfinder offenbaren ein fluoriertes Polyimid mit hervorragender Durchlässigkeit im sichtbaren und nahen Infrarotbereich in der japanischen Patentanmeldung KOKAI mit der Veröffentlichungsnummer 3-72528. Weiterhin ist in der japanischen Patentanmeldung KOKAI mit der Veröffentlichungsnummer 4-8734 offenbart, daß das Kern-Umhüllungsbrechungsindexverhältnis, wie es z. B. zum Herstellen eines optischen Wellenleiters benötigt wird, durch Copolymerisieren dieses fluorierten Polyimids gut steuerbar ist. Weiterhin werden optische Wellenleiter unter Verwendung von fluoriertem Polyimid in den japanischen Patentanmeldungen KOKAI mit den Veröffentlichungsnummern 4-9807, 4-235505 und 4-235506 offenbart. Die Steuerung des Unterschiedes des Brechungsindexes zwischen der Kernschicht zum Leiten des Lichtes und der Umhüllungsschicht zum Einschließen des Lichtes wird durch Einstellen des Fluorgehaltes in dem Polyimid erreicht. Es werden nämlich zwei Arten von fluoriertem Polyimid mit unterschiedlichen Brechungsindizes für die Kernschicht und für die Umhüllungsschicht entsprechend verwendet. Deshalb kann es einige Probleme mit einer Art eines optischen Wellenleiters geben, nämlich daß die Kernschicht und die Umhüllungsschicht bei den thermischen Eigenschaften oder der Doppelbrechung verschieden sein können.
Bei dem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen eines optischen Polyimid-Wellenleiters wird ein reaktives Ionenätz(RIE)-Verfahren, welches bei einem Halbleiter-Herstellungsverfahren verwendet wird, allgemein angewendet. Das RIE-Verfahren ist dahingehend nachteilig, daß es viele Schritte umfaßt. Daher wurde eine leichte Herstellung eines optischen Polyimid-Wellenleiters, welche eine geringere Anzahl von Schritten umfaßt und welche das oben erwähnte Verfahren ersetzen kann, erwünscht.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben geforscht, um die oben erwähnten Probleme zu lösen und haben gefunden, daß es möglich ist, den Brechungsindex von Polyimidfilmen durch Bestrahlen der Filme mit einem Elektronenstrahl zu ändern, wie sie es in der JP-A-6051146 (veröffentlicht am 25.02.94) offenbaren.
Dieses Verfahren zum Ändern des Brechungsindexes eines Kerns durch Bestrahlen des Kernfilmes mit einem Elektronenstrahl ist bereits bei optischen Wellenleitern bekannt. In der EP-A-0 525 606 umfaßt z. B. das Herstellungsverfahren für optische Wellenleiter ein Verfahren, wobei ein Kern mit einem gewünschten Muster gebildet wird in einem unteren Umhüllungsbereich, der aus einem Silicaglas besteht, das auf einem Träger gebildet wird, durch Bestrahlen mit Elektronenstrahlen von oberhalb einer Abdeckschicht. Weiterhin offenbart die US-A-4,808,285 ein Verfahren zum Herstellen einer mikrooptischen Komponente auf einer optischen Vorrichtung aus Polydiacetylen, das umfaßt die Schritte des Änderns des Brechungsindexes einer exponierten Polydiacetylen-Oberfläche durch Bestrahlen der Oberfläche mit einem Elektronenstrahl gesteuerter Fluenz und Energie.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines optischen Polyimid-Wellenleiters der oben angegebenen Art bereitzustellen, bei dem die Probleme, die durch den Unterschied bei den thermischen Eigenschaften und der Doppelbrechung zwischen dem Kern und der Umhüllung verursacht werden, mit einer verringerten Anzahl von einfachen Schritten gelöst werden können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Polyimid-Wellenleiters, wie in Anspruch 1 definiert, gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Mit den Verfahren zum Herstellen des optischen Polyimid-Wellenleiters gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Kern in Schritten, die leicht durchzuführen sind, ohne weiteres herzustellen.
Die Erfindung kann anhand der folgenden genauen Beschreibung besser verstanden werden, wenn man sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen liest, bei denen:
Fig. 1 eine Schnittansicht ist, die eine Ausführungsform eines eingebetteten Kanalwellenleiters zeigt, bei dem ein Kern mit einem rechteckigen Querschnitt in eine Schicht der Umhüllung einer Zweischichtenstruktur eingebettet ist;
Fig. 2 eine Schnittansicht ist, die eine Ausführungsform eines eingebetteten Kanalwellenleiters zeigt, bei dem der Kern mit rechteckigem Querschnitt in der zweiten Schicht der Umhüllung einer Dreischichtenstruktur eingebettet ist;
Fig. 3 eine Schnittansicht ist, die eine Ausführungsform eines eingebetteten Kanalwellenleiters zeigt, bei dem der Kern mit einem Halbkreis-Querschnitt in eine Schicht der Umhüllung einer Zweischichtenstruktur eingebettet ist;
Fig. 4 eine Schnittansicht ist, die einen Kanalwellenleiter zeigt, bei dem der Kern mit einem Halbkreis-Querschnitt in die Umhüllung einer Einschichtenstruktur eingebettet ist;
Fig. 5 eine Schnittansicht ist, die eine Ausführungsform eines Kanalwellenleiters zeigt, bei dem der Kern mit einem rechteckigen Querschnitt in eine Schicht der Umhüllung einer Zweischichtenstruktur eingebettet ist;
Fig. 6 eine Schnittansicht ist, die eine Ausführungsform eines Gratkanalwellenleiters zeigt, der die Struktur aufweist, wobei der Kern mit einem rechteckigen Querschnitt auf der Oberfläche der Umhüllung einer Einschichtenstruktur gebildet ist;
Fig. 7 eine Schnittansicht ist, die eine Ausführungsform eines Plattenwellenleiters zeigt, der die Struktur hat, wobei der Kern als die zweite Schicht auf der Oberfläche der Umhüllung einer Einschichtenstruktur laminiert ist;
Fig. 8 eine Darstellung ist, die die Herstellungsschritte eines optischen Polyimid- Wellenleiters mittels Durchführen der Elektronenstrahl-Lithographie zeigt;
Fig. 9 eine Darstellung ist, die die Herstellungsschritte eines eingebetteten optischen Kanalwellenleiters aus Polyimid mit einer Dreischichtenstruktur zeigt, was eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 10 eine Schnittansicht eines eingebetteten optischen Kanalwellenleiters aus Polyimid mit einer Dreischichtenstruktur ist, was eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 11 eine Darstellung ist, die die Herstellungsschritte eines eingebetteten Kanalwellenleiters einer Zweischichtenstruktur mittels einer Elektronenstrahlbestrahlung ist, was eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 12 eine Schnittansicht eines Bereiches eines optischen Polyimid-Wellenleiters einer Zweischichtenstruktur ist, was noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 13 eine Darstellung ist, die die Herstellungsschritte des optischen Polyimid- Wellenleiters, der in Fig. 12 gezeigt ist, zeigt;
Fig. 14 eine Schnittansicht ist, die den Bereich eines optischen Polyimid-Wellenleiters einer Dreischichtenstruktur zeigt, was eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 15 eine Darstellung ist, die die Herstellungsschritte des optischen Polyimid-Wellenleiters, der in Fig. 14 gezeigt ist, zeigt;
Fig. 16 eine Schnittansicht ist, die den Bereich eines optischen Polyimid-Wellenleiters einer Vierschichtenstruktur zeigt, was noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 17 eine Darstellung ist, die die Herstellungsschritte des optischen Polyimid-Wellenleiters, der in Fig. 16 gezeigt ist, zeigt;
Fig. 18 eine Schnittansicht des Bereiches ist, wobei ein weiterer optischer Polyimid- Wellenleiter einer Vierschichtenstruktur gezeigt ist;
Fig. 19 eine Darstellung ist, die die Herstellungsschritte des optischen Polyimid-Wellenleiters, der in Fig. 18 gezeigt ist, zeigt;
Fig. 20 eine Schnittansicht des Bereiches des optischen Polyimid-Wellenleiters einer Fünfschichtenstruktur ist, was eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 21 eine Darstellung ist, die die Herstellungsschritte des optischen Polyimid-Wellenleiters, der in Fig. 20 gezeigt ist, zeigt;
Fig. 22 eine Schnittansicht des Bereiches ist, wobei eine weitere Ausführungsform des optischen Polyimid-Wellenleiters einer Fünfschichtenstruktur gezeigt ist;
Fig. 23 eine Darstellung ist, die die Herstellungsschritte des optischen Polyimid-Wellenleiters, der in Fig. 22 gezeigt ist, zeigt;
Fig. 24 eine Schnittansicht des Bereiches eines optischen Polyimid-Wellenleiters einer Sechsschichtenstruktur ist, was eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 25 eine Darstellung ist, die die Herstellungsschritte des optischen Polyimid-Wellenleiters, der in Fig. 24 gezeigt ist, zeigt;
Fig. 26 eine Schnittansicht des Bereiches ist, wobei der optische Polyimid-Wellenleiter einer Sechsschichtenstruktur gezeigt ist;
Fig. 27 eine Darstellung ist, die die Herstellungsschritte des optischen Polyimid-Wellenleiters, der in Fig. 26 gezeigt ist, zeigt;
Fig. 28 eine Schnittansicht des Bereiches ist, wobei eine Ausführungsform eines optischen Polyimid-Wellenleiters einer Siebenschichtenstruktur gezeigt ist; und
Fig. 29 eine Darstellung ist, die die Herstellungsschritte des optischen Polyimid-Wellenleiters, der in Fig. 28 gezeigt ist, zeigt.
Im nachfolgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erklärt.
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines eingebetteten Kanalwellenleiters einer Zweischichtenstruktur, wobei ein Kern 2 auf einer Umhüllung 1 gebildet ist und eine weitere Umhüllung 3 auf die Umhüllung 1 laminiert wird, um so den Kern 2 einzubetten. Der Kern 2, der hier verwendet wird, ist aus einem Polyimid hergestellt, dessen Brechungsindex durch Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl gesteuert wird. Das Polyimid umfaßt Polyimide, die hergestellt sind aus einer Tetracarbonsäure oder einem Derivat davon und einem Diamin, Polyimid-Copolymeren und Polyimid-Mischungen, deren Brechungsindex gesteuert werden kann.
Ein Derivat einer Tetracarbonsäure umfaßt ein Säureanhydrid, ein Säurechlorid oder einen Ester. Beispiele einer Tetracarbonsäure sind (Trifluormethyl)pyromellithsäure, Di(trifluormethyl)pyromellithsäure, Di(heptafluorpropyl)pyromellithsäure, Pentafluorethylpyromellithsäure, Bis{3,5-di(trifluormethyl)phenoxy}pyromellithsäure, 2,3,3',4'-Bisphenyltetracarbonsäure, 3,3',4,4'-Tetracarboxydiphenylether, 2,3',3,4'-Tetracarboxydiphenylether, 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäure, 2,3,6,7-Tetracarboxynaphthalin, 1,4,5,7-Tetracarboxynaphthalin, 1,4,5,6-Tetracarboxynaphthalin, 3,3',4,4'-Tetracarboxydiphenylmethan, 3,3',4,4'-Tetracarboxydiphenylsulfon, 2,2-Bis(3,4-dicarboxyphenyl) - propan, 2,2-Bis(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluorpropan, 5,5'-Bis(trifluormethyl)-3,3',4,4'- tetracarboxybiphenyl, 2,2',5,5'-Tetrakis(trifluormethyl)-3,3',4,4'-tetracarboxybiphenyl, 5,5'-Bis(trifluormethyl)-3,3',4,4'-tetracarboxydiphenylether, 5,5'-Bis(trifluormethyl)- 3,3',4,4'-tetracarboxybenzophenon, Bis{(trifluormethyl)dicarboxyphenoxy}benzol, Bis{(trifluormethyl)dicarboxyphenoxy}(trifluormethyl)benzol, Bis(dicarboxyphenoxy)(trifluormethyl)benzol, Bis(dicarboxyphenoxy)bis(trifluormethyl)benzol, Bis(dicarboxyphenoxy)tetrakis(trifluormethyl)benzol, 3,4,9,10-Tetracarboxyperylen, 2,2-Bis{4-(3,4-dicarboxyphenoxy)phenyl}propan, Butantetracarbonsäure, Cyclopentantetracarbonsäure, 2,2- Bis{4-(3,4-dicarboxyphenoxy)phenyl}hexafluorpropan, Bis{(trifluormethyl)dicarboxyphenoxy}biphenyl, Bis{(trifluormethyl)dicarboxyphenoxy}bis(trifluormethyl)biphenyl, Bis{(trifluormethyl)dicarboxyphenoxy}diphenylether, Bis(dicarboxyphenoxy)bis(trifluormethyl)biphenyl, Bis(3,4-dicarboxyphenyl)dimethylsilan, 1,3-Bis(3,4-dicarboxyphenyl)- tetramethyldisiloxan, Difluorpyromellithsäure, 1,4-Bis(3,4-dicarboxytrifluorphenoxy)tetrafluorbenzol, 1,4-Bis(3,4-dicarboxytrifluorphenoxy)octafluorbiphenyl.
Beispiele eines Diamins umfassen m-Phenylendiamin, 2,4-Diaminotoluol, 2,4- Diaminoxylen, 2,4-Diaminodurol, 4-(1H,1H,11H-Eicosafluorundecanoxy)-1,3-diaminobenzol, 4-(1H,1H-Perfluor-1-butanoxy)-1,3-diaminobenzol, 4-(1H,1H-Perfluor-1- heptanoxy)-1,3-diaminobenzol, 4-(1H,1H-Perfluor-1-octanoxy)-1,3-diaminobenzol, 4- Pentafluorphenoxy-1, 3-diaminobenzol, 4-(2,3,5,6-Tetrafluorphenoxy)-1,3-diaminobenzol, 4-(4-Fluorphenoxy)-1,3-diaminobenzol, 4-(1H,1H,2H,2H-Perfluor-1-hexanoxy)-1,3- diaminobenzol, 4-(1H,1H,2H,2H-Perfluor-1-dodecanoxy)-1,3-diaminobenzol, p-Phenylendiamin, 2,5-Diaminotoluol, 2,3,5,6-Tetramethyl-p-phenylendiamin, 2,5-Diaminobenzotrifluorid, Bis(trifluormethyl)phenylendiamin, Diaminotetra(trifluormethyl)benzol, Diamino- (pentafluormethyl)benzol, 2,5-Diamino(perfluorhexyl)benzol, 2,5-Diamino(perfluorbutyl)- benzol, Benzidin, 2,2'-Dimethylbenzidin, 3,3'-Dimethylbenzidin, 3,3'-Dimethoxybenzidin, 2,2'-Dimethoxybenzidin, 3,3',5,5'-Tetramethylbenzidin, 3,3'-Diacetylbenzidin, 2,2'-Bis(trifluormethyl)-4,4'-Diaminobiphenyl, Octafluorbenzidin, 3,3'-Bis(trifluormethyl)-4,4'-diaminobiphenyl, 4,4'-Diaminodiphenylether, 4,4'-Diaminodiphenylmethan, 4,4'-Diaminodiphenylsulfon, 2,2-Bis(p-aminophenyl)propan, 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminodiphenylether, 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminodiphenylmethan, 1,2-Bis(anilino)ethan, 2,2-Bis- (p-aminophenyl)hexafluorpropan, 1,3 -Bis(anilino)hexafluorpropan, 1,4-Bis(anilino)- octafluorbutan, 1,5-Bis(anilino)decafluorpentan, 1,7-Bis(anilino)tetradecafluorheptan, 2,2'-Bis(trifluormethyl)-4,4'-diaminodiphenylether, 3,3'-Bis(trifluormethyl)-4,4'-diaminodiphenylether, 3,3'5,5'-Tetrakis(trifluormethyl)-4,4'-diaminodiphenylether, 3,3'-Bis- (trifluormethyl)-4,4'-diaminobenzophenon, 4,4"-Diamino-p-terphenyl, 1,4-Bis(p-amino phenyl)benzol, p-Bis(4-amino-2-trifluormethylphenoxy)benzol, Bis(aminophenoxy)bis- (trifluormethyl)benzol, Bis(aminophenoxy)tetrakis(trifluormethyl)benzol, 4,4'''-Diaminop-quarterphenyl, 4,4'-Bis(p-aminophenoxy)biphenyl, 2,2-Bis{4-(p-aminophenoxy)phenyl}- propan, 4,4'-Bis(3-aminophenoxyphenyl)diphenylsulfon, 2,2-Bis{4-(4-aminophenoxy)- phenyl}hexafluorpropan, 2,2-Bis{4-(3-aminophenoxy)phenyl}hexafluorpropan, 2,2-Bis{4- (2-aminophenoxy)phenyl}hexafluorpropan, 2,2-Bis{4-(4-aminophenoxy)-3,5-dimethylphenyl}hexafluorpropan, 2,2-Bis{4-(4-aminophenoxy)-3,5-ditrifluormethylphenyl}hexafluorpropan, 4,4'-Bis(4-amino-2-trifluormethylphenoxy)biphenyl, 4,4'-Bis(4-amino-3-trifluormethylphenoxy)biphenyl, 4,4'-Bis(4-amino-2-trifluormethylphenoxy)diphenylsulfon, 4,4'-Bis(3-amino-5-trifluormethylphenoxy)diphenylsulfon, 2,2-Bis{4-(4-amino-3-trifluormethylphenoxy)phenyl}hexafluorpropan, Bis{(trifluormethyl)-aminophenoxy}biphenyl, Bis[{(trifluormethyl)aminophenoxy}phenyl]hexafluorpropan, Diaminoanthrachinon, 1,5- Diaminonaphthalin, 2,6-Diaminonaphthalin, Bis{2-(aminophenoxy)phenyl}hexafluorisopropylbenzol, Bis(2,3,5,6)-tetrafluor-4-aminophenyl)ether, Bis(2,3,5,6)tetrafluor-4- aminophenyl)sulfid, 1,3-Bis(3-aminopropyl)tetramethyldisiloxan, 1,4-Bis(3-aminopropyldimethylsilyl)benzol, Bis(4-aminophenyl)diethylsilan, 1,3-Diaminotetrafluorbenzol, 1,4- Diaminotetrafluorbenzol, 4,4'-Bis(tetrafluoraminophenoxy)octafluorbiphenyl.
Ein fluoriertes Polyimid, das aus einem Tetracarbonsäuredianhydrid und einem Diamin erhalten wird, von denen entweder eines oder beide ein daran gebundenes Fluoratom enthalten, wird besonders bevorzugt bei der vorliegenden Erfindung verwendet. Es werden nämlich entweder ein oder sowohl ein fluoriertes Dianhydrid als auch ein fluoriertes Diamin verwendet, um ein Polyimid herzustellen.
Der oben erwähnte eingebettete Kanalwellenleiter, wie in Fig. 1 gezeigt, kann durch das folgende Verfahren hergestellt werden.
Eine Polyamicsäurelösung (polyamic acid solutipn) wird auf einem Träger wie beispielsweise aus Silicium mit Schleuderbeschichtung (spin-coated) aufgebracht und thermisch gehärtet, um eine Polyimidschicht zu ergeben: Ein Elektronenstrahl wird auf die gesamte Oberfläche der Polyimidschicht eingestrahlt, um den Brechungsindex bis zu einem vorbestimmten Wert zu ändern. Die absorbierte Elektronenstrahldosis der Polyimidschicht hängt von der Zusammensetzung des Polyimids, der Energie des Elektronenstrahls und dem angelegten Ausmaß der Elektronenstrahlbestrahlung ab. Der Brechungsindex ändert sich annähernd entsprechend damit.
Diese Polyimidschicht, die mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wurde, wird als eine Kernschicht verwendet.
Als nächstes wird die gleiche Polyamicsäurelösung auf der Kernschicht mittels Schleuerbeschichtung aufgebracht und wird thermisch gehärtet. Das Material wird von dem Träger entfernt, um einen Polyimidfilm mit einer Zweischichtenstruktur zu erhalten.
Dann wird der Polyimidfilm mit einer Zweischichtenstruktur umgedreht und die bestrahlte Polyimidschicht wird zur oberen Oberfläche gemacht. Die untere Oberfläche des umgedrehten Films wird über ein Verfahren wie beispielsweise eine Thermokompressionsbindung auf dem anderen Siliciumträger angebracht. Als nächstes wird die Kernschicht in eine gewünschte Form wie beispielsweise eine rechteckige Form durch das RIE(reaktives Ionenätz)-Verfahren gebracht.
Schließlich wird die gleiche Polyamicsäurelösung durch Schleuderbeschichtung auf die geformte Kernschicht als eine obere Umhüllungsschicht aufgebracht und wird thermisch gehärtet, wodurch man einen eingebetteten Kanalwellenleiter herstellt.
Der Schritt des Bestrahlens der gesamten Oberfläche der Polyimidschicht mit dem Elektronenstrahl, wie oben beschrieben, kann beim Bilden eines eingebetteten Kanalwellenleiters, eines Gratkanalwellenleiters und eines Plattenwellenleiters, die in den Fig. 1, 6 bzw. 7 gezeigt sind, angewendet werden. Weiterhin kann, wenn eine Metallmaske oder ähnliches verwendet wird, der Bestrahlungsschritt beim Bilden eines eingebetteten Kanalwellenleiters und eines Kanalwellenleiters, wie in den Fig. 2, 3, 4 und 5 gezeigt, angewendet werden.
Bei dem oben angegebenen Verfahren wird die gesamte Oberfläche des Polyimidfilms mit dem Elektronenstrahl bestrahlt, um die Kernschicht zu bilden, und das RIE-Verfahren wird zum Zeitpunkt der Bildung des Kerns verwendet. Alternativ kann die Elektronenstrahlbestrahlung an die Polyimidschicht unter Verwendung der Metallmaske oder ähnlichem teilweise angewendet werden. Zum Beispiel gibt es jedoch ein weiteres Verfahren zum Bilden des Kerns mit dem vorbestimmten Brechungsindex und der vorbestimmten Größe, bei dem die Elektronenstrahl-Lithographie auf die Polyimidschicht mittels eines Elektronenstrahl-Lithographiesystems, das bei der LSI-Herstellung verwendet wird, ohne daß man die RIE-Bearbeitung verwendet, selektiv angewendet wird. Zum Beispiel wird eine Polyimidlösung oder eine Vorläuferlösung davon durch Schleuderbeschichtung auf einen Siliciumträger 10 aufgebracht, erhitzt, um das Lösungsmittel zu entfernen, und, wenn es notwendig ist, gehärtet, wobei man einen Polyimidfilm 11 in Schritt A, wie in Fig. 8 gezeigt, erhält. Als nächstes wird die Elektronenstrahl-Lithographie in Schritt B, der in Fig. 8 gezeigt ist, durchgeführt, um einen Kern 12 mit dem vorbestimmten Brechungsindex und der vorbestimmten Größe zu ergeben. Jedoch zeigt Fig. 8 nur die Herstellung eines optischen Wellenleiters mit nur einer Polyimidschicht, was nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.
Bei diesen beiden Schritten A und B, die in Fig. 8 gezeigt sind, ist es möglich, einen optischen Wellenleiter, der annähernd das gleiche ist wie ein Gratkanalwellenleiter, der unter Verwendung des herkömmlichen RIE-Verfahrens gebildet wird, zu erhalten. Das heißt, es ist möglich, die Anzahl der Schritte zu verringern. Unter Verwendung dieses Elektronenstrahl-Lithographieverfahrens ist es möglich, einen eingebetteten Kanal oder einen Kanalwellenleiter, wie in den Fig. 2, 3, 4 und 5 gezeigt, zu erhalten.
Die Struktur des optischen Wellenleiters, der über das oben erwähnte Verfahren hergestellt ist, wird unter Bezug auf die Schnittansichten von Fig. 2 bis 7 erklärt.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht, die eine Ausführungsform des eingebetteten Kanalwellenleiters zeigt, bei dem der Kern 2 mit einem rechteckigen Querschnitt in der zweiten Schicht der Umhüllungsschichten 1, 3 und 4, die eine Dreischichtenstruktur bilden, eingebettet ist.
Fig. 3 ist eine Schnittansicht, die eine Ausführungsform des eingebetteten Kanalwellenleiters zeigt, bei dem der Kern mit einem Halbkreisquerschnitt in eine der Umhüllungsschichten, die eine Zweischichtenstruktur bilden, eingebettet ist.
Fig. 4 ist eine Schnittansicht, die einen Kanalwellenleiter zeigt, bei dem der Kern mit einem Halbkreisquerschnitt in der Umhüllung, die eine Einschichtenstruktur bildet, eingebettet ist. In diesem Fall kann eine der Umhüllungsschichten, die eine Zweischichtenstruktur bilden, wie in Fig. 3 gezeigt, Luft sein. Jedoch gibt der Kanalwellenleiter aus Fig. 4 aufgrund seiner Einschichtenstruktur keine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wieder.
Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die eine Ausführungsform des Kanalwellenleiters zeigt, bei dem der Kern mit einem rechteckigen Querschnitt in eine der Umhüllungsschichten, die eine Zweischichtenstruktur bilden, eingebettet ist. In diesem Fall kann die dritte Umhüllungsschicht, die in Fig. 2 gezeigt ist, Luft sein.
Die Struktur des optischen Wellenleiters in dieser Erfindung ist nicht auf die eingebetteten optischen Wellenleiter und die optischen Kanalwellenleiter, die beide oben erwähnt sind, beschränkt. Diese kann auf einen Gratkanalwellenleiter mit der Struktur, bei der der Kern mit einem rechteckigen Querschnitt auf die Oberfläche der Umhüllung mit einer Einschichtenstruktur aufgebracht ist, wie in der Schnittansicht in Fig. 6 gezeigt, angewendet werden. Weiterhin kann diese, wie in der Schnittansicht in Fig. 7 gezeigt, auf einen Plattenwellenleiter mit der Struktur, bei der der Kern, der als die zweite Schicht verwendet wird, auf die Oberfläche der Umhüllung mit einer Einschichtenstruktur laminiert ist, angewandt werden.
Weiterhin wird die Herstellung eines Wellenleiters mit einem Leitungszustand wie einem Einfachmodus oder einem Mehrfachmodus verwirklicht, indem man das Kern- Umhüllungsbrechungsindexverhältnis unter Verwendung der Elektronenstrahlbestrahlung steuert.
Weiterhin ist es möglich, sogar wenn man das oben erwähnte Elektronenstrahl- Lithographiesystem nicht verwendet, die Kernschicht durch Bestrahlen des Polyimids mit dem Elektronenstrahl durch eine gängige Photomaske herzustellen.
Weiterhin kann als Mittel zum Bilden eines eingebetteten Kanalwellenleiters der Kernschichtfilm mit Polyimidfilmen, welche Umhüllungen werden, sandwichartig angeordnet werden, und diese Komponenten können zusammengedrückt oder durch dünne Klebemittelschichten zusammengeklebt werden.
Im folgenden wird auf die speziellen Beispiele der vorliegenden Erfindung Bezug genommen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt.

Beispiel 1

88,8 g (0,2 Mol) 2,2-Bis(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluorpropandianhydrid, 64,0 g (0,2 Mol) 2,2'-Bis(trifluormethyl)-4,4'-diaminobiphenyl und 1000 g N,N-Dimethylacetamid wurden in einen Erlenmeyerkolben gegeben. Die Mischung wurde für drei Tage bei Zimmertemperatur unter einer Stickstoffatmosphäre gerührt, um eine Polyamicsäurelösung mit einer Konzentration von etwa 15 Gew.-% zu erhalten. Die Polyamicsäurelösung wurde mittels Schleuderbeschichtung auf einen Siliciumwafer aufgebracht und zwei Stunden bei 70ºC, eine Stunde bei 160ºC, 30 min bei 250ºC und eine Stunde bei 380ºC in einem Ofen erhitzt, um diese zu imidieren, wodurch man eine Polyimidschicht mit 10 um Dicke erhält. Als Ergebnis des Messens des Brechungsindexes des Filmes bei einer Wellenlänge von 1, 3 im betrug der Brechungsindex in der zu der Filmoberfläche (TE) parallelen Richtung 1,521, und der Brechungsindex in der zu der Filmoberfläche (TM) senkrechten Richtung betrug 1,513. Weiterhin betrug der Wärmeausdehnungskoeffizient 8,2 · 10&supmin;&sup5; und die Glasumwandlungstemperatur betrug 335ºC.
Die Polyimidschicht, die auf dem Siliciumträger gebildet wurde, wurde mit dem Elektronenstrahl, der eine Energie von 400 keV aufweist, für etwa 30 min bei Zimmertemperatur mit einer Dosis von 5 · 10¹&sup5; e/cm² bestrahlt. Die gemessenen Brechungsindizes dieser Polyimidschicht betrugen 1,526 für die TE-Richtung bzw. 1,517 für die TM- Richtung. Weiterhin betrug der Wärmeausdehnungskoeffizient 8 · 101 und die Glasumwandlungstemperatur betrug 330ºC.
Nachdem die gleiche Polyamicsäurelösung auf das Elektronenstrahl-bestrahlte Polyimid mittels Schleuderbeschichtung aufgebracht wurde, wurde die Lösung zwei Stunden bei 70ºC, eine Stunde bei 160ºC, 30 min bei 250ºC und eine Stunde bei 380ºC in dem Ofen für die Imidierung erhitzt, wodurch man einen Polyimidfilm mit einer Dicke von 30 um und eine Zweischichtenstruktur erhält. Dieser Polyimidfilm wurde von dem Siliciumträger abgelöst, die bestrahlte Polylmidoberfläche wurde zu einer oberen Schicht gemacht, und die untere Schicht wurde auf einem weiteren Siliciumträger angebracht.
Als nächstes wurde unter Verwendung eines Elektronenstrahl-Dampfauftragssystems ein 0,3 um dicker Aluminiumfilm auf dem Polyimidfilm gebildet. Nachdem ein gewöhnlicher positiver Kopierlack (positive resist) mittels des Schleuderbeschichtungsverfahrens aufgebracht wurde, wurde ein Vorbacken durchgeführt. Dann wurden Ultraviolettstrahlen durch eine Maske zum Bilden eines Musters mit einer Linienbreite von 10 um und einer Länge von 60 mm unter Verwendung einer Ultrahochdruck-Quecksilberlampe angewendet, und der Kopierlack wurde unter Verwendung eines Entwicklers für positiven Kopierlack entwickelt. Danach wurde ein Nachbacken durchgeführt. Als nächstes wurde der Aluminiumfilm in jedem Bereich, der nicht mit dem Photolack beschichtet war, naß geätzt. Nach dem Waschen und Trocknen wurde die RIE-Bearbeitung des Polyimids unter Verwendung eines Trockenätzsystemes durchgeführt. Das Aluminium, das auf dem Polyimid verblieb, wurde durch Aufbringen der oben erwähnten Ätzlösung entfernt, um einen Gratkanalwellenleiter mit einer Kernbreite von 10 um zu erhalten.
Weiterhin wurde die gleiche Polyamicsäurelösung mittels Schleuderbeschichtung auf den Gratkanalwellenleiter aufgebracht und wurde zwei Stunden bei 70ºC, eine Stunde bei 160ºC, 30 min bei 250ºC und eine Stunde bei 380ºC in dem Ofen erhitzt, um die Imidierung zu erreichen. Somit wurde eine obere Umhüllungsschicht gebildet. Auf diese Weise wurde ein eingebetteter Kanalwellenleiter erhalten, bei dem das Kern-Umhüllungsbrechungsindexverhältnis bei TE und TM (0,005 für TE, 0,004 für TM) annähernd dasselbe war. Weiterhin wiesen der Kern und die Umhüllung von diesem Wellenleiter annähernd die gleichen thermischen Eigenschaften auf.
Wie oben erwähnt, ist es möglich, einen optischen Polyimid-Wellenleiter herzustellen, dessen Kern und Umhüllung nahezu die gleichen thermischen Eigenschaften und die gleiche Doppelbrechung aufweisen.
Als nächstes wird ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines optischen Polyimid-Wellenleiters unter Verwendung des Polyimid-Mehrschichtenfilms der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf eine weitere Ausführungsform beschrieben.
Fig. 9 ist eine Darstellung, die die Schritte beim Bilden eines eingebetteten Kanalwellenleiters mit einer Dreischichtenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 10 ist eine Schnittansicht des eingebetteten Kanalwellenleiters. Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Wellenleiter in vier Schritten herzustellen. Im Gegensatz zu dem herkömmlichen Verfahren unter Verwendung des RIE-Verfahrens ist es möglich, die Anzahl von Schritten zu verringern. Eine Polyimidlösung oder eine Vorläuferlösung wird nämlich beispielsweise durch ein Schleuderbeschichtungsverfahren auf das Substrat 10 aus Silicium oder ähnlichem in dem Schritt A, der in Fig. 9 gezeigt ist, aufgebracht. Die Lösung wird erwärmt, um das Lösungsmittel zu entfernen, und gehärtet, wenn es notwendig ist, um dadurch eine erste Polyimidschicht, wie in Schritt B, der in Fig. 9 gezeigt ist, gezeigt, zu erhalten. Dann wird eine zweite Polyimidschicht 13 auf der ersten Polyimidschicht 11 in Schritt C, der in Fig. 9 gezeigt ist, unter Verwendung eines Polyimidmaterials, dessen Brechungsindex größer ist als das der ersten Schicht, gebildet. Weiterhin wird eine dritte Polyimidschicht 14 auf der zweiten Polyimidschicht 13 im Schritt D, der in Fig. 9 gezeigt ist, unter Verwendung eines Polyimidmaterials, dessen Brechungsindex geringer ist als das der zweiten Schicht 13, gebildet. Das gewünschte Muster wird auf dem Polyimidfilm mit der Dreischichtenstruktur mit einem Elektronenstrahl aufgebracht, um so einen vorbestimmten Brechungsindex und eine vorbestimmte Größe zu haben. Die Beziehung der Brechungsindizes dieser Polyimidschichten ist n1 < n2 und n3 < n2, wobei der Brechungsindex der ersten Polyimidschicht n1 ist, der der zweiten Polyimidschicht n2 ist, und der der dritten Polyimidschicht n3 ist. Wenn Änderungen der Brechungsindizes der drei Polyimidschichten durch die Elektronenstrahlbestrahlung durch Δn1, Δn2 bzw. Δn3 wiedergegeben werden, ist der Brechungsindex eines Bereiches 1 aus Fig. 10 n3, der eines Bereiches 2 ist n3 + Δn3, der eines Bereiches 3 ist n3, der eines Bereiches 4 ist n2, der eines Bereiches 5 ist n1, der eines Bereiches 6 ist n1 + Δn1, der eines Bereiches 7 ist n1, der eines Bereiches 8 ist n2 und der eines Bereiches 9 ist n2 + Δn2. Die Materialien und die Bestrahlungsbedingung werden so ausgewählt, daß jede Differenz (Δn1 - Δn2, Δn2 - Δn3, Δn3 - Δn1) der Brechungsindexänderung Δn1, Δn2, Δn3, die durch die Elektronenstrahlbestrahlung verursacht wird, weniger ist als der Brechungsindex-Unterschied zwischen den ursprünglichen Materialien. Somit wird der Bereich 9 mit dem größten Brechungsindex der Kern, in dem das Licht eingefaßt und geleitet wird.
Wenn der Elektronenstrahl auf den Polyimidfilm aufgebracht wird, werden, wenn es notwendig ist, Maßnahmen ergriffen, um eine Ablenkung des Elektronenstrahls, die durch eine statische Elektrizitätsladung verursacht wird, zu verhindern. Zu diesem Zweck kann z. B. ein leitfähiger Film auf dem Polyimidfilm abgeschieden werden oder ein leitfähiges Geflecht auf den Polyimidfilm gepreßt werden.
Weiterhin ist es möglich, verschiedenartige Vorbehandlungen des Materials, das mit dem Elektronenstrahl bestrahlt werden soll, durchzuführen. Zum Beispiel kann das Material in einer Atmosphäre gelassen werden, welche mit einem Stoff angefüllt ist, und mit einem Elektronenstrahl bestrahlt werden, um die Elektronenstrahlbestrahlung wirksam durchzuführen. Es ist möglich, die Vorbehandlungsbedingungen in Übereinstimmung mit der Aufgabe frei einzustellen.
Nachdem der Kern durch die Elektronenstrahl-Lithographie gebildet ist, ist es möglich, wenn der Kern an seinen oberen und unteren Seiten zwischen den Polyimidschichten mit geringeren Brechungsindizes als dem des Kernes schichtenweise angeordnet ist, einen eingebetteten Kanalwellenleiter zu erhalten. Der Kern ist durch Klebeschichten unter Verwendung von Thermokompressionsbindung oder unter Verwendung der Schleuderbeschichtung schichtenweise angeordnet.
Der optische Wellenleiter kann verschiedene Formen haben; er kann linear, gekrümmt, gefaltet, S-förmig, konisch, verzweigt oder ein gekreuzter optischer Richtungskoppler (crossing optical directional coupler) sein. Er kann ein Zweimoden-Wellenleiterkoppler oder ein Beugungsgitter sein. Weiterhin kann die Breite des Kernes frei eingestellt werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die Beispiele beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt. Typische Beispiele werden unten gezeigt, obwohl es möglich ist, verschiedene Arten eines optischen Polyimid-Wellenleiters durch Kombination von Materialien und Formen auf verschiedenen Wegen herzustellen.

Beispiel 2

88,8 g (0,2 Mol) 2,2-Bis(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluorpropandianhydrid, 64,0 g (0,2 Mol) 2, 2-Bis(trifluormethyl)-4,4'-diaminobiphenyl und 1000 g N,N-Dimethylacetamid wurden in einen Erlenmeyerkolben gegeben. Die Mischung wurde für drei Tage bei Zimmertemperatur unter einer Stickstoffatmosphäre gerührt, um eine Polyamicsäurelösung mit einer Konzentration von etwa 15 Gew.-% zu erhalten. Die Polyamicsäurelösung wurde mittels Schleuderbeschichtung auf einen Siliciumwafer aufgebracht und zwei Stunden bei 70ºC, eine Stunde bei 160ºC, 30 min bei 250ºC und eine Stunde bei 350ºC in einem Ofen erhitzt, um die Imidierung zu erzielen, wodurch man eine Polyimidschicht mit 10 um Dicke erhält. Dann wurde Aluminium auf die Polyimidschicht bis zu einer Dicke von 10 nm in einem Vakuumabscheidungssystem abgeschieden, und die erhaltene Struktur wurde in ein Elektronenstrahl-Lithographiesystem eingebracht.
Weiterhin wurde ein Muster mit einer Breite von 8 um und einer Länge von 66 mm auf der Polyimidschicht unter Verwendung eines Elektronenstrahls mit einer Energie von 25 keV bei einer Dosis von 1500 uC/cm² aufgebracht.
Danach wurde der Aluminiumfilm unter Verwendung einer Ätzlösung entfernt, um einen optischen Polyimid-Wellenleiter zu erhalten. Das Ende des erhaltenen optischen Polyimid- Wellenleiters wurde optisch poliert, und Licht mit einer Wellenlänge von 633 nm wurde darin eingebracht. Es wurde bestätigt, daß das Licht in dem Kern eingefaßt und geleitet wurde. Weiterhin wurde Licht mit einer Wellenlänge von 1,3 um in den Kern des Wellenleiters über einen optischen Singlemodenwellenleiter eingebracht, und das austretende Licht wurde von einem optischen Multimodenlichtwellenleiter aufgenommen. Wenn die Intensität des Ausgabelichtes gemessen wurde, wurde bestätigt, daß der Verlust einschließlich des Kopplungsverlustes 1 dB/cm oder weniger betrug.

Beispiel 3

Aluminium wurde auf dem Polyimidfilm, der auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 hergestellt wurde, abgeschieden und in das Elektronenstrahl-Lithographiesystem eingebracht.
Ein Muster mit einer Weite von 10 um und einer Länge von 66 mm wurde auf dem Film unter Verwendung eines Elektronenstrahles mit einer Energie von 25 keV mit einer Dosis von 900 uC/cm² aufgebracht.
Danach wurde der Verlust des Lichtes mit einer Wellenlänge von 1,3 um bei dem Wellenleiter, der in diesem Beispiel hergestellt wurde, gemessen. Er betrug einschließlich des Kopplungsverlustes 1 dB/cm oder weniger.

Beispiel 4

88,8 g (0,2 Mol) 2,2-Bis(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluorpropandianhydrid, 64,0 g (0,2 Mol) 2,2-Bis(trifluormethyl)-4,4'-diaminobiphenyl und 1000 g N,N-Dimethylacetamid wurden in einen Erlenmeyerkolben gegeben. Die Mischung wurde für drei Tage bei Zimmertemperatur unter einer Stickstoffatmosphäre gerührt, um eine Polyamicsäurelösung mit einer Konzentration von etwa 15 Gew.-% (im folgenden als Lösung A bezeichnet) zu erhalten. Die Lösung A wurde mittels Schleuderbeschichtung auf eine optisch polierte Aluminiumplatte aufgebracht und zwei Stunden bei 70ºC, eine Stunde bei 160ºC, 30 min bei 250ºC und eine Stunde bei 350ºC in einem Ofen erhitzt, um eine Imidierung zu erreichen, wodurch man eine Polyimidschicht mit 10 um Dicke herstellt. Der mittlere Brechungsindex dieser Schicht bezogen auf Licht mit einer Wellenlänge von 1,3 um betrug 1,519.
Anstelle von 0,2 Mol 2,2-Bis(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluorpropandianhydrid wurden 0,14 Mol 2,2-Bis(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluorpropandianhydrid und 0,06 Mol Pyromellithsäuredianhydrid verwendet, um eine Polyamicsäurelösung (nachfolgend als Lösung B bezeichnet) und eine Polyimidschicht auf die oben beschriebene Art und Weise herzustellen. Der Brechungsindex dieser Schicht, die mit Licht mit einer Wellenlänge von 1,3 um exponiert wurde, betrug 1, 527.
Die Lösung A wurde mittels Schleuderbeschichtung auf einen optisch polierten Aluminiumträger aufgebracht, so daß eine gehärtete Schicht eine Dicke von 20 um aufwies. Die Lösung wurde zwei Stunden bei 70ºC, eine Stunde bei 160ºC, 30 min bei 250ºC und eine Stunde bei 380ºC in dem Ofen erhitzt, um eine erste Polyimidschicht zu erhalten. Weiterhin wurde Lösung B darauf mittels Schleuderbeschichtung aufgebracht, so daß eine gehärtete Schicht eine Dicke von 8 um aufwies, und eine -zweite Polyimidschicht wurde unter den gleichen Härtungsbedingungen hergestellt. Aluminium wurde bis zu einer Dicke von 10 nm auf dem Film mit der Zweischichtenstruktur in dem Vakuumabscheidungssystem abgeschieden und die erhaltene Struktur wurde in das Elektronenstrahl-Lithographiesystem eingebracht. Der Polyimidfilm wurde mit einem Elektronenstrahl mit einer Energie von 25 keV über eine Breite von 8 um und einer Länge von 66 mm mit einer Dosis von 1500 uC/cm² bestrahlt. Dann wurde der Aluminiumfilm durch eine Ätzlösung entfernt, wodurch man einen optischen Polyimid-Wellenleiter erhält.
Das Ende des erhaltenen optischen Polyimid-Wellenleiters wurde optisch poliert und Licht mit einer Wellenlänge von 633 nm wurde darin eingebracht. Es wurde bestätigt, daß das Licht in der zweiten Schicht eingeschlossen und geleitet wurde. Weiterhin fand man, daß Licht mit einer Wellenlänge von 1,3 um in dem Bereich (8 um · 8 um) eingeschlossen wurde und zum Ausgabeende des Wellenleiters geleitet wurde.

Beispiel 5

Die Lösung A wurde mittels Schleuderbeschichtung auf den Film mit der Zweischichtenstruktur, der auf die gleiche Weise wie in Beispiel 4 hergestellt wurde, aufgebracht und unter den gleichen Härtungsbedingungen warmgehärtet, um eine dritte Polyimidschicht mit einer Dicke von 20 um zu bilden.
Auf dem so erhaltenen Polyimidfilm mit der Dreischichtenstruktur wurde die Elektronenstrahl-Lithographie auf die gleiche Weise wie in Beispiel 4 unter Verwendung des Elektronenstrahl-Lithographiesystems durchgeführt.
Das Ende des erhaltenen optischen Polyimid-Wellenleiters wurde optisch poliert und Licht mit einer Wellenlänge von 633 nm wurde darin eingebracht. Es wurde bestätigt, daß das Licht in der zweiten Schicht eingeschlossen wurde und geleitet wurde. Weiterhin hat man bei Licht mit einer Wellenlänge von 1,3 um bestätigt, daß das Licht in dem 8 um · 8 um- Bereich eingeschlossen wurde und zum anderen Ende des Wellenleiters geleitet wurde.

Beispiel 6

Auf den Film mit einer Dreischichtenstruktur, der auf die gleiche Weise wie in Beispiel 5 hergestellt wurde, wurde Lösung B unter Schleuderbeschichtung aufgebracht, um so eine Dicke von 8 um nach der Warmhärtung zu erhalten, und unter der gleichen Härtungsbedingung gehärtet, um eine vierte Schicht zu bilden. Weiterhin wurde Lösung A darauf mittels Schleuderbeschichtung aufgebracht, um so eine Dicke von 20 um nach der Warmhärtung zu ergeben, und unter der gleichen Härtungsbedingung gehärtet, um eine fünfte Schicht zu bilden.
Die Elektronenstrahl-Lithographie wurde auf dem Polyimidfilm mit der Fünfschichtenstruktur unter der gleichen Bedingung wie in Beispiel 4 unter Verwendung des Elektronenstrahl-Lithographiesystems durchgeführt.
Das Ende des erhaltenen optischen Polyimid-Wellenleiters mit der Mehrschichtenstruktur wurde optisch poliert und Licht mit einer Wellenlänge von 633 nm wurde darin eingebracht. Es wurde bestätigt, daß das Licht in den zweiten und vierten Schichten eingeschlossen wurde. Weiterhin wurde für Licht mit einer Wellenlänge von 1,3 um bestätigt, daß das Licht in den 8 um · 8 um-Bereichen der zweiten und vierten Schichten eingeschlossen wurde und zum anderen Ende des Wellenleiters geleitet wurde.

Beispiel 7

Die Lösung A wurde auf einen Film mit einer Zweischichtenstruktur, der auf die gleiche Weise wie in Beispiel 4 hergestellt wurde, mittels Schleuderbeschichtung aufgebracht, um so eine Dicke von 20 um nach der Warmhärtung zu erhalten, und unter der gleichen Härtungsbedingung gehärtet, um eine dritte Schicht zu bilden. Aluminium wurde bis zu einer Dicke von 10 nm auf dem Film mit der Dreischichtenstruktur in dem Vakuumabscheidungssystem abgeschieden. Die sich ergebende Struktur wurde in das Elektronenstrahl-Lithographiesystem eingebracht. Dann wurde dieser Film mit einem Elektronenstrahl mit einer Energie von 50 keV über einen Bereich von 8 um (Breite) · 66 mm (Länge) mit einer Dosis von 1500 uC/cm² bestrahlt. Danach wurde der Aluminiumfilm unter Verwendung einer Ätzlösung entfernt, um einen optischen Polyimid- Wellenleiter zu ergeben.
Das Ende des erhaltenen optischen Polyimid-Wellenleiters wurde optisch poliert, und Licht mit einer Wellenlänge von 633 nm wurde darin eingebracht. Es wurde bestätigt, daß das Licht in der zweiten Schicht eingeschlossen wurde und geleitet wurde. Weiterhin wurde für Licht mit einer Wellenlänge von 1,3 um bestätigt, daß das Licht in dem 8 um · 8 um- Bereich eingeschlossen wurde und zum anderen Ende des Wellenleiters geleitet wurde.

Beispiel 8

Auf einem Film mit einer Dreischichtenstruktur, der auf die gleiche Weise wie in Beispiel S hergestellt wurde, wurde Lösung B unter Schleuderbeschichtung aufgebracht, um so eine Dicke von 8 um nach der Warmhärtung zu erhalten, und unter der gleichen Härtungsbedingung gehärtet, um eine vierte Schicht zu bilden. Weiterhin wurde Lösung A darauf unter Schleuderbeschichtung aufgebracht, um so eine Dicke von 10 um nach der Warmhärtung zu erhalten, und unter der gleichen Härtungsbedingung gehärtet, um eine fünfte Schicht zu bilden.
Die Elektronenstrahl-Lithographie wurde auf dem Polyimidfilm mit der Fünfschichtenstruktur auf die gleiche Weise wie in Beispiel 7 unter Verwendung des Elektronenstrahl- Lithographiesystems durchgeführt.
Ein Ende des erhaltenen optischen Polyimid-Wellenleiters mit der Mehrschichtenstruktur wurde optisch poliert und Licht mit einer Wellenlänge von 633 nm wurde an dieses Ende angelegt. Es wurde bestätigt, daß das Licht in den zweiten und vierten Schichten eingeschlossen wurde und geleitet wurde. Wie bei dem Licht mit einer Wellenlänge von 1,3 um wurde es bestätigt, daß das Licht in den 8 um · 8 um-Bereichen der zweiten und vierten Schichten eingeschlossen wurde und zum anderen Ende des Wellenleiters geleitet wurde.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des optischen Polyimid-Wellenleiters gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 11 beschrieben.
Nachdem eine Polyimidlösung oder eine Polyamicsäurelösung durch Schleuderbeschichtung auf einen Träger 10, wie in Fig. 11 gezeigt, aufgebracht wurde, wurde die erhaltene Struktur erwärmt, das Lösungsmittel wurde entfernt und die Struktur wurde, wenn es notwendig war, gehärtet, um dadurch einen Polyimidfilm 11 in Schritt A, der in Fig. 11 gezeigt ist, zu erhalten. Dann wurde eine Elektronenstrahlenergie ausgewählt und der Elektronenstrahl wurde auf den Film 11 angewendet, wodurch man den Brechungsindex des Films 11 zu einem vorbestimmten Wert ändert und die vorbestimmte Größe desselben bildet, um einen Kern 12 mit der vorbestimmten Tiefe in Schritt B, der in Fig. 11 gezeigt ist, zu bilden. Der Elektronenstrahl muß auf so eine Weise angewendet werden, um nicht die Rückseite des Polyimidfilms 11 zu durchdringen. Auf diese Weise kann ein Kanalwellenleiter hergestellt werden.
Weiterhin ist es möglich, eine obere Umhüllung 14 in Schritt C, der in Fig. 11 gezeigt ist, mittels Schleuderbeschichtung einer Polyimidlösung oder einer Polyamicsäurelösung auf der unteren Umhüllung zu bilden.
Bei dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren ist es möglich, den Schritt des Bindens der Polyimidfilme wegzulassen und den Schritt des Durchführens der Schleuderbeschichtung auf dem Polyimidfilm, der von dem Träger getrennt ist, wegzulassen. Dieses vereinfacht das Herstellungsverfahren weiter.
Bei den Schritten A bis C, die in Fig. 11 gezeigt sind, kann das Polyimidmaterial auf verschiedenartige Weise vor der Elektronenstrahlbestrahlung behandelt werden. Zum. Beispiel kann die Elektronenstrahlbestrahlung wirksam erreicht werden, indem man das Material in einer Atmosphäre, die mit einem Stoff gefüllt ist, hält. Es ist möglich, die Vorbehandlung gemäß der Aufgabe frei durchzuführen.
Wie die Form des optischen Wellenleiters kann der Weg geradlinig, gekrümmt, gefaltet, S-förmig, konisch, verzweigt oder ein gekreuzter optischer Richtungskoppler sein. Weiterhin kann er ein Zweimoden-Wellenleiterkoppler oder ein Gitter sein. Weiterhin kann der Kern jede gewünschte Breite und Tiefe aufweisen.
Spezielle Beispiele werden erläutert. Obwohl es möglich ist, die verschiedenen Arten von optischen Polyimid-Wellenleitern durch Ändern der Kombination des Materiales und der Form herzustellen, sind typische Beispiele wie folgen.

Beispiel 9

88,8 g (0,2 Mol) 2,2-Bis(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluorpropandianhydrid, 64,0 g (0,2 Mol) 2, 2-Bis(trifluormethyl)-4,4'-diaminobiphenyl und 1000 g N,N-Dimethylacetamid wurden in einen Erlenmeyerkolben gegeben. Die Mischung wurde für drei Tage bei Zimmertemperatur unter einer Stickstoffatmosphäre gerührt, um Polyamicsäure mit einer Konzentration von etwa 15 Gew.-% zu erhalten. Die Polyamicsäurelösung wurde mittels Schleuderbeschichtung auf einen Siliciumwafer aufgebracht und zwei Stunden bei 70ºC, eine Stunde bei 160ºC, 30 min bei 250ºC und eine Stunde bei 350ºC in einem Ofen erhitzt, um die Imidierung zu erreichen. So wurde ein Polyimidfilm mit einer Dicke von 50 um erhalten. Dieser Film wurde in ein Elektronenstrahl-Lithographiesystem eingebracht.
Dann wurde dieser Film mit einem Elektronenstrahl mit einer Energie von 10 keV mit einer Dosis von 1500 uC/cm² bestrahlt, wodurch man ein Muster mit einer Breite. von 8 um und einer Länge von 60 mm bildet.
Ein Ende des optischen Polyimid-Wellenleiters, das so gebildet wurde, wurde optisch poliert und Licht mit einer Wellenlänge von 1,3 um wurde darin eingebracht. Wenn das andere Ende des Wellenleiters unter Verwendung eines Mikroskops mit einer Infrarotkamera untersucht wurde, wurde bestätigt, daß das Licht in dem Wellenleiter eingeschlossen wurde.

Beispiel 10

88,8 g (0,2 Mol) 2,2-Bis(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluorpropandianhydrid, 64,0 g (0,2 Mol) 2,2-Bis(trifluormethyl)-4,4'-diaminobiphenyl und 1000 g N,N-Dimethylacetamid wurden in einen Erlenmeyerkolben gegeben. Die Mischung wurde für drei Tage bei Zimmertemperatur unter einer Stickstoffatmosphäre gerührt, um eine Polyamicsäurelösung mit einer Konzentration von etwa 15 Gew.-% zu erhalten. Die Polyamicsäurelösung wurde mittels Schleuderbeschichtung auf einen Siliciumwafer aufgebracht und zwei Stunden bei 70ºC, eine Stunde bei 160ºC, 30 min bei 250ºC und eine Stunde bei 350ºC in einem Ofen erhitzt, um die Imidierung zu erreichen. So wurde eine Polyimidschicht mit einer Dicke von 50 um erhalten. Diese Schicht wurde in ein Elektronenstrahl-Lithographiesystem eingebracht.
Dann wurde ein Elektronenstrahl mit einer Energie von 10 keV auf diesen Film mit einer Dosis von 1500 uC/cm² angewendet, wodurch man ein Muster mit einer Breite von 8 um und einer Länge von 60 mm bildet.
Danach wurde die Polyamicsäurelösung auf der oben gebildeten Polyimidschicht mittels Schleuderbeschichtung aufgebracht und gehärtet, um einen eingebetteten optischen Kanalpolyimid-Wellenleiter zu erhalten. Das Ende des optischen Polyimid-Wellenleiters wurde optisch poliert und Licht mit einer Wellenlänge von 1,3 um wurde darin eingebracht. Wenn das andere Ende des Wellenleiters unter Verwendung eines Mikroskops mit einer Infrarotkamera untersucht wurde, wurde bestätigt, daß das Licht in dem Kern des Wellenleiters eingeschlossen wurde.
Dieser eingebettete optische Kanalwellenleiter aus Polyimid konnte in nur drei Schritten hergestellt werden, in weniger Schritten als bei dem herkömmlichen Verfahren. Weiterhin konnte er ohne Binden zwischen den Polyimidfilmen und ohne Durchführen einer Schleuderbeschichtung auf dem separaten Polyimidfilm hergestellt werden.
Ausführungsformen der optischen Polyimid-Wellenleiter mit zwei oder mehr Polyimidschichten und ein Verfahren zum Herstellen von Wellenleitern, wobei Kerne und Umhüllung abwechselnd in den vorbestimmten Bereichen der Schichten gebildet werden, werden unter Bezugnahme auf Fig. 12 bis 29 erklärt.
Fig. 12 ist eine Schnittansicht des Bereiches eines optischen Polyimid-Wellenleiters mit einer Zweischichtenstruktur. Der optische Wellenleiter hat eine Polyimidschicht 20 mit einem vorbestimmten Brechungsindex. Eine zweite Polyimidschicht 21 mit einem Brechungsindex, der höher ist als der der Polyimidschicht 20, wird auf der Schicht 20 gebildet. Eine Umhüllung 23 wird in der Polyimidschicht 20 durch Anwenden eines Elektronenstrahls von der Oberseite zu dem vorbestimmten Bereich, und ein Kern 24 wird in der Polyimidschicht 21 gebildet.
Das Verfahren zum Herstellen des Kerns und der Umhüllung des Wellenleiters, der in Fig. 12 gezeigt ist, wird unter Bezugnahme auf Fig. 13 beschrieben.
Die Polyimidschicht 20 wird auf dem Träger 10 in Schritt A, der in Fig. 13 gezeigt ist, gebildet, und die Polyimidschicht 21 wird auf der Schicht 20 in Schritt B, der in Fig. 13 gezeigt ist, gebildet. Dann wird ein Elektronenstrahl von oberhalb der Oberseite auf die Polyimidschicht 21 gerichtet und somit auf den Träger 10. Die Umhüllung 23 wird dadurch in der Polyimidschicht 20 gebildet, und der Kern 24 wird so in der zweiten Polyimidschicht 21 über dem Bereich, der mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wurde, in Schritt C, der in Fig. 13 gezeigt ist, gebildet.
Fig. 14 ist eine Schnittansicht des Bereiches eines optischen Polyimid-Wellenleiters mit einer Dreischichtenstruktur. Der Wellenleiter weist eine Polyimidschicht 21 mit einem vorbestimmten Brechungsindex auf. Eine zweite Polyimidschicht 20 mit einem Brechungsindex, der geringer als der der Polyimidschicht 21 ist, wird auf der Schicht 21 gebildet. Weiterhin wird eine dritte Polyimidschicht 22 mit einem Brechungsindex, der größer ist als der der zweiten Polyimidschicht 20, auf der zweiten Polyimidschicht 20 gebildet. Ein Kern 24 wird in der Polyimidschicht 21 durch Anwenden eines Elektronenstrahls auf die Oberseite und somit auf den Träger 10 gebildet. Eine Umhüllung 23 wird in der Polyimidschicht 20 gebildet, und ein weiterer Kern 25 wird in der Polyimidschicht 22 gebildet.
Das Verfahren zum Herstellen des Kernes und der Umhüllung des Wellenleiters, der in Fig. 14 gezeigt ist, wird unter Bezugnahme auf Fig. 15 beschrieben.
Die Polyimidschicht 21 wird auf dem Träger 10 in Schritt A, der in Fig. 15 gezeigt ist, gebildet. Die zweite Polyimidschicht 20 wird auf der Polyimidschicht 21 in Schritt B, der in Fig. 15 gezeigt ist, gebildet. Weiterhin wird in Schritt C, der in Fig. 15 gezeigt ist, die dritte Polyimidschicht 22 auf der zweiten Polyimidschicht 20 gebildet.
Dann wird in Schritt D, der in Fig. 15 gezeigt ist, ein Elektronenstrahl von oberhalb der Oberseite der Polyimidschicht 22 und somit auf den Träger 10 gerichtet. Der Kern 24 wird dadurch in der Polyimidschicht 20 gebildet, die Umhüllung 23 wird dadurch in der zweiten Polyimidschicht 21 gebildet, und der Kern 25 wird in der dritten Polyimidschicht 22 über dem Bereich, der mit dem Elektronenstrahl in Schritt D, der in Fig. 15 gezeigt ist, bestrahlt wurde, gebildet.
Fig. 16 ist eine Schnittansicht des Bereiches eines optischen Polyimid-Wellenleiters mit einer Vierschichtenstruktur. Eine zweite Polyimidschicht 20 mit einem Brechungsindex, der geringer ist als der der Polyimidschicht 21, wird auf der ersten Polyimidschicht 21 mit einem vorbestimmten Brechungsindex gebildet. Eine dritte Polyimidschicht 22 mit einem Brechungsindex, der größer ist als der der zweiten Polyimidschicht 20, wird auf der zweiten Polyimidschicht 20 gebildet, und die vierte Polyimidschicht 26 mit einem Brechungsindex, der geringer ist als der der Polyimidschicht 22, wird auf der dritten Polyimidschicht 22 gebildet. In einem festgelegten Bereich ist ein Kern 24, der durch Bestrahlen der Oberseite mit einem Elektronenstrahl gebildet wird, in der Polyimidschicht 21 angeordnet, eine Umhüllung 23 wird in der Polyimidschicht 20 gebildet, ein Kern 25 wird in der Polyimidschicht 22 gebildet, und eine Umhüllung 27 wird in der Polyimidschicht 26 gebildet.
Das Verfahren zum Herstellen der Kerne und der Umhüllungen des Wellenleiters, der in Fig. 16 gezeigt ist, wird unter Bezugnahme auf Fig. 17 beschrieben.
Die Polyimidschicht 21 wird auf dem Träger 10 in Schritt A, der in Fig. 17 gezeigt ist, gebildet. Die zweite Polyimidschicht 20 wird auf der Polyimidschicht 21 in Schritt B, der in Fig. 17 gezeigt ist, gebildet. Weiterhin wird in Schritt C, der in Fig. 17 gezeigt ist, die dritte Polyimidschicht 22 auf der zweiten Polyimidschicht 20 gebildet. Dann wird in Schritt D, der in Fig. 17 gezeigt ist, die vierte Polyimidschicht 26 auf der dritten Polyimidschicht 22 gebildet.
In Schritt E, der in Fig. 17 gezeigt ist, wird ein Elektronenstrahl auf die Oberseite der Polyimidschicht 26 und somit auf den Träger 10 angewendet. Als Ergebnis wird der Kern 24 in der Polyimidschicht 21 gebildet, die Umhüllung 23 wird in der zweiten Polyimidschicht 20 gebildet, der Kern 25 wird in der dritten Polyimidschicht 22 gebildet, und die Umhüllung 27 wird in der vierten Polyimidschicht 26 gebildet, über dem Bereich, der mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wurde.
Als nächstes wird eine weitere Ausführungsform eines optischen Polyimid-Wellenleiters mit einer Vierschichtenstruktur unter Bezugnahme auf die Schnittansicht in Fig. 18 beschrieben.
Auf einer Polyimidschicht 20 mit einem vorbestimmten Brechungsindex wird eine zweite Polyimidschicht 21 mit einem Brechungsindex, der größer ist als der der Polyimidschicht 20, gebildet. Eine dritte Polyimidschicht 26 mit einem Brechungsindex, der geringer ist als der der zweiten Polyimidschicht 21, wird auf der zweiten Polyimidschicht 21 gebildet, und die vierte Polyimidschicht 22 mit einem Brechungsindex, der größer ist als der der Polyimidschicht 26, wird auf der dritten Polyimidschicht 26 gebildet. Eine Umhüllung 23 wird in der Polyimidschicht 21 durch Einstrahlen eines Elektronenstrahls auf die Oberseite und somit auf einen vorbestimmten Bereich gebildet. Eine Umhüllung 27 wird in der Polyimidschicht 26 gebildet, und der Kern 25 wird in der Polyimidschicht 22 gebildet.
Der Schritt des Herstellens der Kerne und der Umhüllungen des Wellenleiters, der in Fig. 18 gezeigt ist, wird unter Bezugnahme auf Fig. 19 erklärt.
Die Polyimidschicht 20 wird auf dem Träger 10 in Schritt A, der in Fig. 19 gezeigt ist, gebildet. Die zweite Polyimidschicht 21 wird auf der Polyimidschicht 20 in Schritt B, der in Fig. 19 gezeigt ist, gebildet. Weiterhin wird in Schritt C, der in Fig. 19 gezeigt ist, die dritte Polyimidschicht 26 auf der zweiten Polyimidschicht 21 gebildet. Wie in Schritt D gezeigt, der in Fig. 19 gezeigt ist, wird die vierte Polyimidschicht 22 auf der dritten Polyimidschicht 26 gebildet.
Dann wird in Schritt E, der in Fig. 19 gezeigt ist, ein Elektronenstrahl auf die Oberseite der Polyimidschicht 22 und somit auf den Träger 10 angewendet. Als Ergebnis wird die Umhüllung 23 in der Polyimidschicht 20 gebildet, der Kern 24 wird in der zweiten Polyimidschicht 21 gebildet, die Umhüllung 27 wird in der dritten Polyimidschicht 26 gebildet, und der Kern 25 wird in der vierten Polyimidschicht 22 gebildet, über dem Bereich, der mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wurde.
Fig. 20 ist eine Schnittansicht des Bereiches eines optischen Polyimid-Wellenleiters mit einer Fünfschichtenstruktur, wobei eine fünfte Polyimidschicht 28 auf der vierten Schicht 26 des Wellenleiters aus Fig. 16 gebildet wird. Die fünfte Schicht 28 weist einen Brechungsindex auf, der größer ist als der der vierten Schicht 26. Ein Kern 24 wird in der Polyimidschicht 21 durch Anwenden eines Elektronenstrahls auf die Oberseite der fünften Polyimidschicht 28 gebildet. Eine Umhüllung 23 wird in der Polyimidschicht 20 gebildet, ein Kern 25 wird in der Polyimidschicht 22 gebildet, eine Umhüllung 27 wird in der Polyimidschicht 26 gebildet, und ein Kern 29 wird in der fünften Polyimidschicht 28 gebildet.
Die Schritte des Herstellens der Kerne und der Umhüllungen des optischen Polyimid- Wellenleiters, der in Fig. 20 gezeigt ist, wird unter Bezugnahme auf Fig. 21 erklärt.
Die Polyimidschicht 21 wird auf dem Träger 10 in Schritt A, der in Fig. 21 gezeigt ist, gebildet. Die zweite Polyimidschicht 20 wird auf der Polyimidschicht 21 in Schritt B, der in Fig. 21 gezeigt ist, gebildet. Weiterhin wird in Schritt C, der in Fig. 21 gezeigt ist, die dritte Polyimidschicht 22 auf der zweiten Polyimidschicht 20 gebildet. In Schritt D, der in Fig. 21 gezeigt ist, wird die vierte Polyimidschicht 26 auf der dritten Polyimidschicht 22 gebildet. Dann wird in Schritt E, der in Fig. 21 gezeigt ist, die Polyimidschicht 28 auf det Polyimidschicht 26 gebildet.
In Schritt F, der in Fig. 21 gezeigt ist, wird ein Elektronenstrahl auf die Oberseite der fünften Polyimidschicht 28 und somit auf den Träger 10 angewendet. Als Ergebnis wird der Kern 24 in der Polyimidschicht 21 gebildet, die Umhüllung 23 liegt in der zweiten Polyimidschicht 20, der Kern 25 liegt in der dritten Polyimidschicht 22, die Umhüllung 27 liegt in der vierten Polyimidschicht 26, und der Kern 29 liegt in der fünften Polyimidschicht 28.
Eine weitere Ausführungsform eines optischen Polyimid-Wellenleiters mit einer Fünfschichtenstruktur wird unter Bezugnahme auf die Schnittansicht in Fig. 22 erklärt.
Die ersten bis vierten Schichten dieser Ausführungsform werden auf die gleiche Weise wie die Schichten des optischen Polyimid-Wellenleiters (Fig. 19) mit einer Vierschichtenstruktur, welche in den Schritten A bis D, die in Fig. 19 gezeigt sind, gebildet werden, gebildet.
Schritt E, der in Fig. 23 gezeigt ist, ist der Schritt des Bildens der fünften Polyimidschicht 30 mit einem Brechungsindex, der geringer ist als der der Polyimidschicht 22, auf der vierten Polyimidschicht 22.
Ein Elektronenstrahl wird angewendet auf die Oberseite der fünften Polyimidschicht 30 und somit auf den Träger 10 in Schritt F, der in Fig. 23 gezeigt ist, eine Umhüllung 23 wird in der Polyimidschicht 20 gebildet, ein Kern 24 liegt in der zweiten Polyimidschicht 21, eine Umhüllung 27 liegt in der dritten Polyimidschicht 26, eine Kernschicht 25 liegt in der vierten Polyimidschicht 22, und eine Umhüllung 31 liegt in der fünften Polyimidschicht 30, über dem Bereich, der mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wurde.
Fig. 24 ist eine Schnittansicht des Bereiches eines optischen Polyimid-Wellenleiters mit einer Sechsschichtenstruktur, wobei eine sechste Polyimidschicht 30 auf der fünften Polyimidschicht 28 des Wellenleiters aus Fig. 20 gebildet wird. Die sechste Schicht 30 weist einen Brechungsindex auf, der geringer ist als der der fünften Schicht. Ein Kern 24 wird in der Polyimidschicht 21 durch Anwenden eines Elektronenstrahls auf die Oberseite der sechsten Polyimidschicht 30 gebildet. Eine Umhüllung 23 wird in der Polyimidschicht 20 gebildet, ein Kern 25 liegt in der Polyimidschicht 22, eine Umhüllung 27 liegt in der Polyimidschicht 26, ein Kern 29 liegt in der fünften Polyimidschicht 28, und eine Umhüllung 31 liegt in der sechsten Polyimidschicht 30.
Der Schritt des Herstellens der Kerne und der Umhüllungen des Wellenleiters, der in Fig. 24 gezeigt ist, wird unter Bezugnahme auf Fig. 25 erklärt.
Die ersten bis fünften Schichten dieser Ausführungsform werden auf die gleiche Weise wie die Schichten des optischen Polyimid-Wellenleiters (Fig. 21) mit einer Fünfschichtenstruktur, die in den Schritten A bis E, die in Fig. 21 gezeigt sind, gebildet werden, gebildet.
Der Schritt F, der in Fig. 25 gezeigt ist, ist der Schritt des Bildens der sechsten Polyimidschicht 30 mit einem Brechungsindex, der geringer ist als der der Polyimidschicht 28, auf der fünften Polyimidschicht 28.
Ein Elektronenstrahl wird auf die Oberseite der sechsten Polyimidschicht 30 und somit auf den Träger 10 in Schritt G, der in Fig. 25 gezeigt ist, angewendet. Als Ergebnis wird der Kern 24 in der Polyimidschicht 21 gebildet, die Umhüllung 23 liegt in der zweiten Polyimidschicht 20, der Kern 25 liegt in der dritten Polyimidschicht 22, die Umhüllung 27 liegt in der vierten Polyimidschicht 26, der Kern 29 liegt in der fünften Polyimidschicht 28, und die Umhüllung 31 liegt in der sechsten Polyimidschicht 30, über dem Bereich, der mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wurde.
Als nächstes wird eine weitere Ausführungsform eines optischen Polyimid-Wellenleiters mit einer Sechsschichtenstruktur unter Bezugnahme auf die Schnittansicht in Fig. 26 beschrieben.
Die ersten bis fünften Schichten dieser Ausführungsform werden in den Schritten A bis E, die in Fig. 27 gezeigt sind, auf die gleiche Weise wie die ersten bis fünften Schichten des optischen Polyimid-Wellenleiters (Fig. 22) mit einer Fünfschichtenstruktur, die in den Schritten A bis E, die in Fig. 23 gezeigt sind, gebildet werden, gebildet.
Der Schritt F, der in Fig. 27 gezeigt ist, zeigt den Schritt des Bildens der sechsten Polyimidschicht 28 mit einem Brechungsindex, der größer ist als der der Polyimidschicht 30, auf der fünften Polyimidschicht 30.
Ein Elektronenstrahl wird auf die Oberseite der sechsten Polyimidschicht 28 und somit auf den Träger 10 in Schritt G, der in Fig. 27 gezeigt ist, angewendet. Als Ergebnis wird die Umhüllung 23 in der Polyimidschicht 20 gebildet, der Kern 24 liegt in der zweiten Polyimidschicht 21, die Umhüllung 27 liegt in der dritten Polyimidschicht 26, der Kern 25 liegt in der vierten Polyimidschicht 22, die Umhüllung 31 liegt in der fünften Polyimidschicht 30, und der Kern 29 liegt in der sechsten Polyimidschicht 28, über dem Bereich, der mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wurde.
Fig. 28 ist eine Schnittansicht des Bereiches eines optischen Polyimid-Wellenleiters mit einer Siebenschichtenstruktur, wobei eine siebte Polyimidschicht 32 auf der sechsten Schicht 28 des Wellenleiters aus Fig. 26 gebildet wird. Die siebte Schicht 28 weist einen Brechungsindex auf, der geringer als der der sechsten Schicht 28 ist. Die Umhüllung 23 wird in der Polyimidschicht 20 durch Bestrahlen der Oberseite der siebten Polyimidschicht 32 mit einem Elektronenstrahl gebildet. Der Kern 24 wird in der Polyimidschicht 21 gebildet, die Umhüllung 27 liegt in der Polyimidschicht 26, der Kern 25 liegt in der Polyimidschicht 22, die Umhüllung 31 liegt in der fünften Polyimidschicht 30, der Kern 29 liegt in der sechsten Polyimidschicht 28, und die Umhüllung 33 liegt in der siebten Polyimidschicht 32.
Der Schritt des Herstellens der Kerne und der Umhüllungen des Wellenleiters, der in Fig. 28 gezeigt ist, wird unter Bezugnahme auf Fig. 29 beschrieben.
Die ersten bis sechsten Schichten dieser Ausführungsform werden in den Schritten A bis F, die in Fig. 27 gezeigt sind, auf die gleiche Weise wie die ersten bis sechsten Schichten des optischen Polyimid-Wellenleiters (Fig. 26) mit einer Sechsschichtenstruktur gebildet. Der Schritt G, der in Fig. 29 gezeigt ist, zeigt den Schritt des Bildens der siebten Polyimidschicht 32 mit einem Brechungsindex, der geringer ist als der der sechsten Schicht, auf der sechsten Polyimidschicht 28.
Ein Elektronenstrahl wird auf die Oberseite der siebten Polyimidschicht 32 und somit auf den Träger 10 in Schritt H, der in Fig. 29 gezeigt ist, angewendet. Als Ergebnis wird die Umhüllung 23 in der Polyimidschicht 20 gebildet, der Kern 24 liegt in der zweiten Polyimidschicht 21, die Umhüllung 27 liegt in der dritten Polyimidschicht 26, der Kern 25 liegt in der vierten Polyimidschicht 22, die Umhüllung 31 liegt in der fünften Polyimidschicht 30, der Kern 29 liegt in der sechsten Polyimidschicht 28, und die Umhüllung 33 liegt in der siebten Polyimidschicht 32.
Wie oben erwähnt, stellt die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines optischen Polyimid-Wellenleiters mit zwei oder mehr Polyimidschichten bereit, bei dem jeder Kern und jede Umhüllung in einem vorbestimmten Bereich jeder Schicht abwechselnd gebildet werden.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines optischen Polyimidwellenleiters, der umfaßt einen Kern (2; 12; 24, 25, 29), der aus Polyimid hergestellt ist, und eine Umhüllung (23, 27, 31, 33), die mit dem Kern in Kontakt steht und einen Brechungsindex, der kleiner als der des Kernes ist, aufweist, gekennzeichnet durch Bilden mehrerer Polyimidschichten (1, 3, 4; 11, 13, 14; 20, 21, 26, 22, 30, 28, 32) übereinander auf einem Träger (IO), so daß eine Polyimidmehrschichtenstruktur gebildet wird, wobei wenigstens ein Bereich von wenigstens einer der mehreren Polyimidschichten mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird, die Energie und der Umfang der Elektronenstrahlbestrahlung so gesteuert wird, um die Brechungsindizes der Bereiche der Polyimidschichten, die mit dem Elektronenstrahl bestrahlt werden, zu verändern, wodurch man wenigstens einen Kern (2; 12; 24, 25, 29) und wenigstens eine Umhüllung (23, 27, 31, 33) in den Polyimidschichten, die alternierend übereinander angeordnet sind, bildet, wobei die Umhüllung einen Brechungsindex, der 20 geringer als der des Kerns ist, aufweist.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyimidmehrschichtenstruktur eine Zweischichtenstruktur aufweist, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

a) Bilden einer ersten Polyimidschicht (11) auf einem Träger;

b) Bilden einer Kernschicht mit einem vorherbestimmten Brechungsindex durch Bestrahlen der ersten Polyimidschicht (11) mit dem Elektronenstrahl;

c) Bilden einer zweiten Polyimidschicht auf der ersten Polyimidschicht (11) und Entfernen des Trägers; und

d) Binden der zweiten Polyimidschicht als untere Umhüllung an einen weiteren Träger (10), wodurch man einen Kern (12) mit einer vorherbestimmten Form in der ersten Polyimidschicht (11) bildet.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyimid ein fluoriertes Polyimid ist.

4. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3 unter Rückbezug auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt b) durch reaktives Ionenätzen auf der ersten Polyimidschicht (11) durchgeführt wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 4 oder Anspruch 3 unter Rückbezug auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt d) einen nachfolgenden Schritt des Schleuderbeschichtens einer Polyamicsäurelösung auf die zweite Polyimidschicht umfaßt, wodurch man eine obere 10 Umhüllung (14) durch Warmhärtung der Polyamicsäurelösung bildet.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyimidmehrschichtenstruktur eine Dreischichtenstruktur aufweist, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

a) Bilden einer ersten Polyimidschicht (11) auf einem Träger (10);

b) Bilden einer zweiten Polyimidschicht (13) auf der ersten Polyimidschicht (11), wobei die zweite Polyimidschicht vor dem Bestrahlungsschritt mit dem Elektronenstrahl einen Brechungsindex, der größer als der der ersten Polyimidschicht (11) ist, aufweist;

c) Bilden einer dritten Polyimidschicht (14) auf der zweiten Polyimidschicht (13), wobei die dritte Polyimidschicht (14) vor dem Bestrahlungschritt mit dem Elektronenstrahl einen Brechungsindex, der kleiner als der der zweiten Polyimidschicht (13) ist, aufweist; und

d) Durchführen einer Elektronenstrahllithographie auf der Dreischichtenstruktur, die die drei Polyimidschichten (11, 13, 14) umfaßt, wodurch man einen Kern (12) in der zweiten Polyimidschicht (13) bildet, wobei der Kern (12) einen vorherbestimmten Brechungsindex und eine vorherbestimmte Form aufweist.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten, zweiten und dritten Polyimidschichten (11, 13, 14) aus fluoriertem Polyimid hergestellt sind.

8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bestrahlens der mehreren Polyimidschichten (20, 21, 26, 22, 30, 28, 32) mit dem Elektronenstrahl ausgeführt wird, nachdem die Polyimidschichten übereinander gebildet wurden, wodurch man mehrere Kerne (24, 25, 29) und Umhüllungen (23, 27, 31, 3a), die in den mehreren Polymidschichten (2U, 21, 26, 22, 30, 28, 32) alternierend übereinander gelegt sind, bildet, wobei jede Umhüllung einen Brechungsindex, der kleiner als der der Kerne ist, aufweist.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyimidmehrschichtenstruktur eine Zweischichtenstruktur aufweist, so daß bei dem Schritt des Bildens der mehreren Polyimidschichten zwei Polyimidschichten (20, 21) übereinander gebildet werden, wobei die zwei Polyimidschichten (20, 21) vor dem Bestrahlungsschritt mit dem Elektronenstrahl verschiedene Brechungsindizes aufweisen.

10. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyimidmehrschichtenstruktur eine Siebenschichtstruktur aufweist, so daß beim Schritt des Bildens der mehreren Polyimidschichten sieben Polyimidschichten (20, 21, 26, 22, 30, 28, 32) übereinander gebildet werden, wobei die sieben Polyimidschichten vor dem Bestrahlungsschritt mit dem Elektronenstrahl verschiedene Brechungsindizes aufweisen.