JP2000321456A - ポリイミド光導波路の作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 平滑なコアリッジ壁面をもつポリイミド光導
波路の製造方法を提供する。 【解決手段】 下部クラッドのポリイミドをウェットエ
ッチングによりあるいは金型射出成形により溝付き下部
クラッドを形成し、その溝の部分にディスペンサにより
コアを作製するポリイミド光導波路の製造方法。下部ク
ラッドのポリイミドをウェットエッチングし、その溝の
部分にディスペンサによりコアを作製し、更に該ポリイ
ミド上にポリイミドからなるクラッドを形成するポリイ
ミド光導波路の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明はポリイミド光導波路に関
し、特にコアリッジ壁面の平滑な光導波路の製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】低損失光ファイバの開発による光通信シ
ステムの実用化に伴い、種々の光通信用部品の開発が望
まれている。またこれら光部品を高密度に実装する光配
線技術、特に光導波路技術の確立が望まれている。一般
に、光導波路には、光損失が小さい、製造が容易、
コアとクラッドの屈折率差を制御できる等の条件が要
求される。これまでに低損失な光導波路としては石英系
が主に検討されている。光ファイバで実証済みのように
石英は光透過性が極めて良好であるため導波路にした場
合も波長が１．３μｍにおいて０．１ｄＢ／ｃｍ以下の
低光損失化が達成されている。また、ポリメチルメタク
リレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカ
ーボネイト（ＰＣ）、ポリイミド等のプラスチック系光
導波路の場合も水素の重水素化やフッ素化などにより透
明性を向上させ、波長が１．３μｍにおいて０．１〜
０．５ｄＢ／ｃｍの低光損失化が達成されている。しか
しながら、石英系の光ファイバの光損失は約０．２ｄＢ
／ｋｍ程度が実現されており、光導波路構造にすること
により光損失が増大していることが分かる。原因の一つ
が、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によるコアリッ
ジ壁面粗さである。曲り導波路などではこの影響がかな
り大きく、その曲率半径もある値以上に制限があった。
コアリッジ壁面を平滑にしようとする場合、コア層をウ
ェットエッチングする方法が最適な方法の一つである。
しかしながら、ウェットエッチングは等方性エッチング
のためコアリッジ形状が内側に凹になり、特にコアサイ
ズの大きいマルチモードの場合では、所望のパターンが
形成できず、光損失が増加するという欠点があった。コ
アリッジ壁面を平滑にする方法は他にもいくつか報告さ
れており、工程短縮などの点からも有望とされているの
は溝付きの低屈折率基板を射出成形によって作製し、そ
の溝にコア材を埋め込む方法である。例えば、溝付き低
屈折率基板の溝にコア材を充填しその上からクラッド平
板を押圧して圧着する。この方法の場合、コア材がはみ
出し光の漏洩の問題が生じる。また、射出成形により作
製した溝付き低屈折率基板の溝にコア材をスピンコート
や印刷法により充填させ、余分なコア材をプラズマエッ
チングによって取り除く方法である。この場合も、プラ
ズマ処理面の表面粗さが大きくなる問題が残る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術で示したよう
に、コアリッジの壁面粗さのために低光損失化に限界が
あった。また、溝に埋め込む方法もコア形状に問題が生
じていた。本発明は上記事情をかんがみなされたもので
あり、コアリッジ壁面が平滑になるようなポリイミド光
導波路の製造方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明を概説すれば、本
発明の第１の発明はポリイミド光導波路の製造方法に関
する発明であって、下部クラッドのポリイミドをウェッ
トエッチングによりあるいは射出成形により溝付き下部
クラッドを形成し、その溝の部分にディスペンサにより
コアを作製することを特徴とする。本発明の第２の発明
はポリイミド光導波路の製造方法に関する発明であっ
て、下部クラッドのポリイミドをウェットエッチング
し、その溝の部分にディスペンサによりコアを作製し、
更に該ポリイミド上にポリイミドからなるクラッドを形
成することを特徴とする。前記のような状況をかんが
み、本発明者らは鋭意検討を行った結果、下部クラッド
であるポリイミドをウェットエッチングにより深さ方向
に円弧形にしあるいは射出成形により溝付き下部クラッ
ドを形成し、その溝にディスペンサでコアを形成するこ
とにより、前記目的を達成できることを見い出し、本発
明を完成するに至った。

【０００５】本発明に用いるポリイミドは、すべてのポ
リイミドが使用できる。松浦らにより特願平２−１１０
５００号明細書｛ポリイミド系光導波路｝に記載されて
いるポリイミドはもちろんのこと、これまでに開発され
たすべてのイミド環を有するポリイミド、更に特願平３
−２３５０２０号明細書に示される全フッ素化ポリイミ
ド、また今後開発される可能性のあるポリイミドでもす
べて使用できる。

【０００６】本発明によれば、シリコンウェハなどの基
板上にスピンコートなどの方法により形成したポリイミ
ド下部クラッド層にレジストパターン形成し、ウェット
エッチングで深さ方向に円弧型の溝を形成する。あるい
は射出成形により溝付き下部クラッドを形成しそこにデ
ィスペンサでコアを埋め込み熱処理などでコア層を形成
する。このとき溝の深さ、形状、コアの埋め込み条件
は、使用するポリイミドの種類、厚さなどによって任意
に決めることができる。また、余分なはみ出したコア材
がないためスキージなどで取り除く工程も必要なく工程
の短縮化がなされる。これで本発明の第１の発明が説明
できるが、第２の発明はこのようにして得られたポリイ
ミド光導波路の上に上部クラッドとしてポリイミド膜を
形成することにより実現できる。

【０００７】本発明のポリイミド光導波路製造方法を図
１を参照しつつ説明する。符号１は基板、符号２は下部
クラッド層、符号３はレジスト層、符号４はコア層、符
号５はディスペンサ、符号６は上部クラッド層を意味す
る。シリコンウェハ等の基板上に下部クラッド層をスピ
ンコートなどの方法で形成する。その上にパターンレジ
ストを形成し、ポリイミドをウェットエッチングする。
溝は深さ方向に円弧形になる。レジストを除去し、ディ
スペンサを用いてその溝にコア層を埋める。熱処理ある
いはＵＶ処理した後、その上をスピンコートなどの方法
により上部クラッドポリイミドで覆う。このようにして
コアリッジ壁面の平滑な埋込型光導波路が得られる。導
波路の形状は、直線、曲線、折れ曲がり、Ｓ字形、テー
パ、分岐、光方向性結合器、２モード導波路結合器など
自由に設定できる。また、コアの幅、深さも自由に設定
できる。

【０００８】

【実施例】以下実施例を用いて本発明を詳しく説明す
る。なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されるの
ではなく、材料の組み合わせ、導波路形状等を変えるこ
とにより多種多様なポリイミド光導波路を作製できる
が、本実施例では代表的なフッ素化ポリイミド光導波路
の作製例を示す。

【０００９】実施例１ ２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサ
フルオロプロパン二無水物（６ＦＤＡ）と２，２−ビス
（トリフルオロメチル）−４, ４' −ジアミノビフェニ
ル（ＴＦＤＢ）のポリアミド酸約１５ｗｔ％Ｎ，Ｎ−ジ
メチルアセトアミド溶液をシリコンウェハ上にスピンコ
ートした後３８０℃で熱処理した。その後、この上にパ
ターンレジストとして銅薄膜を蒸着によって形成した。
ヒドラジン溶液＋ＫＯＨ溶液を用いて下部クラッド層を
ウェットエッチングし、幅５０μｍ深さ約４０μｍの溝
を形成した。銅薄膜をウェットエッチングで除去した
後、その溝に６ＦＤＡと４, ４' −オキシジアニリン
（ＯＤＡ）を用いたポリアミド酸約１５ｗｔ％Ｎ，Ｎ−
ジメチルアセトアミド溶液をディスペンサによって埋め
込んだ。ディスペンサのニードルの穴径は１０μｍであ
る。その後３８０℃の熱処理によりコア層をイミド化さ
せた。上部クラッドとして下部クラッドと同じポリアミ
ド酸溶液をスピンコート、熱処理し、上部クラッドを形
成した。このようにして，幅５０μｍ、長さ２５ｍｍの
ポリイミド光導波路が得られた。ウェットエッチングに
よって形成された溝の壁面粗さすなわちコアリッジ壁面
粗さは約７ｎｍであった。

【００１０】実施例２ 一般的な光ディスク基板を作製する方法と同様に幅５０
μｍ、高さ５０μｍの凸部を有する金型を用いて、射出
成型法により、６ＦＤＡ／ＴＦＤＢポリイミドクラッド
基板を作製する。得られたクラッド基板の溝にコア材
（６ＦＤＡ／ＯＤＡポリアミド酸溶液）をディスペンサ
ーにより充填させる。その後熱処理によりコア材をイミ
ド化させる。更にスピンコート及び熱処理により上部ク
ラッド層を形成した。射出成形によって形成された溝の
壁面粗さすなわちこのときコアリッジ壁面粗さは約３０
ｎｍであった。

【００１１】比較例１ 従来の反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いる埋め
込み型ポリイミド光導波路の作製方法により、幅５０μ
ｍ、長さ３０ｍｍの光導波路を実施例１と同様のポリア
ミド酸溶液を用い作製した。コアリッジ壁面粗さは約３
００ｎｍであった。

【００１２】比較例２ 実施例１と同様にウェットエッチングによって、幅５０
μｍ、深さ約４０μｍの溝を下部クラッド層（６ＦＤＡ
／ＴＦＤＢ）に形成し、その溝にコア材（６ＦＤＡ／Ｏ
ＤＡポリアミド酸溶液）をスピンコートし充填した。そ
の後３８０℃熱処理によりイミド化させた。更にクラッ
ド上に付着したコア材を除去する目的で、ＲＩＥにより
２μｍエッチングした。その後６ＦＤＡ／ＴＦＤＢポリ
アミド酸溶液をスピンコート及び３８０℃熱処理を行い
上部クラッド層を形成した。このとき、プラズマエッチ
ング処理コア面の壁面粗さは約５００ｎｍであった。

【００１３】比較例３ 実施例２と同様に、幅５０μｍ、高さ５０μｍの凸部を
有する金型を用いて、射出成型法により、６ＦＤＡ／Ｔ
ＦＤＢポリイミドクラッド基板を作製する。得られたク
ラッド基板の溝にコア材（６ＦＤＡ／ＯＤＡポリアミド
酸溶液）をスピンコートする。その後３８０℃熱処理に
よりイミド化を施す。クラッド上に付着したコア材を除
去する目的で、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によ
り２μｍエッチングした。その後６ＦＤＡ／ＴＦＤＢポ
リアミド酸溶液をスピンコート及び３８０℃熱処理を行
い上部クラッド層を形成した。このとき、プラズマエッ
チングされたコア面は壁面粗さが約５００ｎｍであっ
た。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のポリイミ
ド光導波路製造方法を用いることによりコアリッジ壁面
の平滑なポリイミド光導波路が形成できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のポリイミド光導波路作製工程を示す図
である。

【符号の説明】 １：基板 ２：下部クラッド層 ３：レジスト ４：コア層 ５：ディスペンサ ６：上部クラッド層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下部クラッドのポリイミドをウェットエ
   ッチングし、その溝の部分にディスペンサによりコアを
   作製することを特徴とするポリイミド光導波路の製造方
   法。
2. 【請求項２】 金型を用い射出成形によって溝付き下部
   クラッドポリイミドを作製し、その溝部分にディスペン
   サによりコアを作製することを特徴とするポリイミド光
   導波路の製造方法。
3. 【請求項３】 下部クラッドのポリイミドをウェットエ
   ッチングによりあるいは射出成形により溝付き下部クラ
   ッドを形成し、更に該ポリイミド上にポリイミドからな
   るクラッドを形成することを特徴とするポリイミド光導
   波路の製造方法。