JP2001318248A

JP2001318248A - 高分子光導波路の製造方法

Info

Publication number: JP2001318248A
Application number: JP2000139682A
Authority: JP
Inventors: Motomu Yoshimura; 求吉村; Teruhiko Kumada; 輝彦熊田; Seiki Hiramatsu; 星紀平松; Shintarou Minami; 伸太朗南; Yukiyasu Nakao; 之泰中尾; Takahiro Nishioka; 孝博西岡; Tetsuyuki Kurata; 哲之蔵田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2001-11-16

Abstract

(57)【要約】【課題】高分子導波路の原材料の塗布過程が同一の高
分子を用いて２回で済み、作製工程を効率化させ製作コ
ストの低減化を図る。シングルモードとマルチモードの
導波路の作製が精度よく容易にできるようにするととも
に、多機能・多層化の光導波路を容易に提供できるよう
にする。【解決手段】基板上にシラノール型有機シロキサン系
高分子を塗布し、パターニングしたのちに、アルキル化
ゲルマニウムアミンまたはアルキル化シリコンアミンと
アルキル化ゲルマニウムアミンとの蒸気に曝すことによ
り、コア部を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路およびそ
の製造方法に関し、くわしくは光情報通信機器におい
て、光ファイバと連結させて光ファイバより送られてき
た光情報を適宜処理して再び光ファイバに光情報を出力
する機能を有する光導波路およびその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の光導波路には、石英ガラスおよび
半導体などの無機材料系がよく用いられている。無機系
光導波路、とくに石英系では、光ファイバとの結合損失
が少なく、光通信に用いられている１．３μｍ帯および
１．５５μｍ帯の光の導波特性がとくに優れている。し
かしながら、材質が脆いために物理的に破損しやすく、
また、加工性にもおとり、大面積化も困難である（特開
平１０−３０１３号公報）。

【０００３】無機材料では材料自身が重いこと、加工が
容易でないこと、破損し易いことなどの問題から、有機
材料を光導波路に用いる研究開発も行なわれている。有
機材料としては、アクリレート系高分子、カーボネート
系高分子、アミド系高分子、イミド系高分子、ウレタン
系高分子およびエポキシ系高分子などが検討されている
（特開平１１−１３３２５４号公報、特開平１１−２３
８７１号公報、特開平１０−１７０７３９号公報、特開
平１０−３３２９６２号公報）。有機材料では、加工性
が容易である、大面積化が可能であるなどの利点を有し
ている（今村、高分子、４３巻、４号、ｐ．２７１（１
９９４））。また、柔軟性に富み形状も種々なものが考
えられる（特開平１１−３８２４１号公報）。

【０００４】しかしながら、高分子を構成している分子
自身のＣ−Ｈ結合の赤外域での光吸収と、有機高分子導
波路に吸着する水分によるＯ−Ｈ結合の赤外域での光吸
収のために、光通信に用いられている１．３μｍ帯およ
び１．５５μｍ帯の光の導波特性が無機材料に比べて劣
っている（特開平６−１０９９３６号公報）。また、石
英光ファイバとの結合特性もわるく、結合損失が大き
い。また、クラッド部とコア部とを形成するために、少
なくとも２種類の高分子を用意する必要がある。さら
に、集積基板との結合にははんだが用いられるがそのは
んだ温度に耐えることが困難である（今村、高分子、４
３巻、４号、ｐ．２７１（１９９４））。また、基板と
の馴染みもわるい（特開昭６１−２４０２０７号公
報）。そのために、高分子導波路が基板から剥離する欠
点がある。

【０００５】この欠点を解決するために、有機シリコン
系高分子を導波路材料にする研究が行なわれている（特
開平６−１０９９３６号公報、特開平６−１７２５３３
号公報、特開平５−６６３０１号公報、特開平３−１８
８４０２号公報、特開昭６１−２４０２０７号公報）。
シリコン系材料を基板に用いる場合には、導波路も同じ
シリコン系材料なのでお互いに馴染みがよく、剥離が起
こり難く密着性がよくなる。また、シリコン系材料であ
るので、耐熱性もよく、有機シリコン系高分子を用いて
いるために脆弱性も解決される。

【０００６】このシリコン系材料の場合でもコア部とク
ラッド部との屈折率差を生じさせるために、種々の検討
がなされている。代表的な方法は、化学構造の異なる２
種類のシリコン系高分子を用いる方法である。たとえ
ば、置換基の有機性の部分を変えることである（特開平
１０−３６５１１号公報）。もう一つには、有機シリコ
ン系高分子の骨格のシリコン元素を他の３価および４価
の金属元素で置き換えた有機置換基を有する高分子をコ
ア材料に用いる方法である（特開平５−６６３０１号公
報）。この場合には、有機シリコン系高分子と他の金属
元素を有する化合物とを反応させて、骨格のシリコン元
素を他の金属元素に置換した別の高分子を作成して、こ
の高分子をコア材料として用いる。このために有機シリ
コン系高分子の骨格を形成するシリコンを他の金属元素
に置換する化学合成が必要になる。

【０００７】さらに、このような材料系では、光導波路
の作成は、基板上にまず有機シリコン系高分子を塗布
し、その上に、コア材として用いる別の高分子を塗布
し、コアパターンを形成し、さらにその上に、上部クラ
ッドとして、有機シリコン系高分子を塗布することにな
る。すなわち、少なくとも、高分子の塗布過程が３回必
要である。また、シリコンを置換させた別の金属系の高
分子を合成する必要がある。

【０００８】これまでの有機高分子系材料を用いた光導
波路には、前述のような種々の問題点があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の有
機高分子系材料を用いた光導波路では、有機シリコン系
高分子以外を用いた場合には、基板との馴染みがわる
く、化学構造上のＣ−Ｈ結合と、材料に吸着する水分の
Ｏ−Ｈ結合の近赤外域における吸収があるために、光通
信で用いられる１．３μｍ域と１．５５μｍ域での導波
損失が大きくなる。また、対はんだ熱特性もわるく、さ
らに、石英ファイバとの結合損失も大きくなる。また、
これらの問題点を解決するために有機シリコン系高分子
を用いても、少なくとも２種類の高分子をコア材とクラ
ッド材として用いる必要がある。最低でも、下部クラッ
ド、コア、上部クラッドの形成のために最低３回の高分
子の塗布過程とコア部のエッチング工程が必要となる。

【００１０】本発明では、基板上にシラノール型有機シ
ロキサン系高分子を塗布し、その上にレジストパターン
を形成したのちに、アルキル化シリコンアミンとアルキ
ル化ゲルマニウムアミンとの混合物の蒸気に曝す方法に
より高分子材料系の光導波路を形成し、前述した従来の
技術の欠点を解決しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、基
板上にシラノール型有機シロキサン系高分子を塗布し、
その上にレジストを塗布してパターニングしたのちに、
アルキル化ゲルマニウムアミンまたはアルキル化シリコ
ンアミンとアルキル化ゲルマニウムアミンとの混合物の
蒸気（ベーパー）に曝すことを特徴とする光導波路の製
造方法（請求項１）、請求項１記載の工程を２回以上行
ない、その都度、常に同じ像様の光照射を行なうことを
特徴とする光導波路の製造方法（請求項２）、請求項１
記載の工程を２回以上行ない、そのうちの少なくとも一
度は他と異なる像様の光照射を行なうことを特徴とする
光導波路の製造方法（請求項３）、シラノール型有機シ
ロキサン系高分子に式（１）で表わされる高分子を用い
た光導波路の製造方法（請求項４）、シラノール型有機
シロキサン系高分子に式（２）で表わされる繰り返し単
位を有する高分子を用いた光導波路の製造方法（請求項
５）、シラノール型有機シロキサン系高分子に式（１）
で表わされる繰り返し単位と式（２）で表わされる繰り
返し単位を有する共重合体高分子を用いた光導波路の製
造方法（請求項６）、シラノール型有機シロキサン系高
分子に式（１）で表わされる繰り返し単位および／また
は式（２）で表わされる繰り返し単位と、式（３）で表
わされる繰り返し単位、式（４）で表わされる繰り返し
単位、式（５）で表わされる繰り返し単位、式（６）で
表わされる繰り返し単位、式（７）で表わされる繰り返
し単位および式（８）で表わされる繰り返し単位からな
る群から選ばれた少なくとも１つの繰り返し単位を有す
る共重合体高分子を用いた光導波路の製造方法（請求項
７）、アルキル化シリコンアミンとアルキル化ゲルマニ
ウムアミンとの混合比率を適宜変化させることを特徴と
する光導波路の製造方法（請求項８）、前記の方法によ
って製造される光導波路（請求項９）ならびにクラッド
部がシラノール型有機シロキサン系高分子からなり、コ
ア部がトリアルキルゲルマノキシ基を側鎖に有する有機
シロキサン系高分子からなる光導波路（請求項１０）に
関する。

【００１２】

【化４】

【００１３】

【化５】

【００１４】式（１）〜（８）においてＲはハロゲンを
有することができるアルキル基またはアルキル基もしく
はハロゲンを有することができるフェニル基を表わす。

【００１５】

【発明の実施の形態】一般に、光導波路としては、屈折
率の大きいコア部と、コア部を取り囲む屈折率の低いク
ラッド部を有する光導波路がある。本発明の光導波路
は、クラッド部が、シラノール型有機シロキサン系高分
子からなり、コア部が、シラノール型有機シロキサン系
高分子の水酸基の一部または全部をトリアルキルゲルマ
ノキシ基またはトリアルキルシロキシ基とトリアルキル
ゲルマノキシ基とで置換した構造を有する高分子からな
る。

【００１６】本発明の製造方法では、シラノール型有機
シロキサン系高分子を母体高分子として光導波路を製造
する。本発明によれば、シラノール型有機シロキサン系
高分子を母体高分子として、コア部を形成する高分子の
ＯＨ基がアルキル化ゲルマノキシ基（トリアルキルゲル
マノキシ基）で置換された光導波路を得ることができ
る。

【００１７】基板上にシラノール型有機シロキサン系高
分子を塗布し、その上にレジストを塗布してパターニン
グ（パターンを形成）したのち、アルキル化ゲルマニウ
ムアミンまたはアルキル化シリコンアミンとアルキル化
ゲルマニウムアミンとの混合物の蒸気に曝すことによ
り、シラノール型有機シロキサン系高分子の側鎖（ＯＨ
基）にゲルマニウム元素（トリアルキルゲルマノキシ
基）を置換させた成分からなる部分を形成させることが
できる。この部分は、屈折率が大きく、コア部とするこ
とができる。

【００１８】基板としては、たとえば、石英、シリコ
ン、酸化シリコン、ガラス、セラミックス、ガリウム砒
素などを用いることができる。

【００１９】基本材料（母体材料）となるシラノール型
有機シロキサン系高分子としては、たとえば、直鎖状高
分子、ラダー型高分子を用いることができる。シラノー
ル型有機シロキサン系高分子の分子量としては、１００
００〜１０００００が好ましい。分子量が１００００未
満では高分子膜としての製膜性が不良になる傾向があ
り、１０００００をこえると高分子膜の膜質が不均一に
なる傾向がある。シラノール型有機シロキサン系高分子
としては、たとえば、式（１）の繰り返し単位を有する
高分子、式（２）の繰り返し単位を有する高分子、式
（１）の繰り返し単位と式（２）の繰り返し単位を有す
る共重合体高分子、式（１）の繰り返し単位および／ま
たは式（２）の繰り返し単位と、式（３）〜式（８）の
いずれかの繰り返し単位の少なくとも１つを有する共重
合体高分子をあげることができる。すなわち、式（１）
〜式（８）で表わされる繰り返し単位およびその他の繰
り返し単位を適宜組み合わせて得られるシラノール型有
機シロキサン系高分子を用いることができる。式（１）
〜式（８）中、Ｒはアルキル基とすることができるが、
アルキル基の炭素数は１〜７であることが好ましく、よ
り好ましくは１〜５である。炭素数が５をこえると高分
子のガラス転移点が低くなる傾向がある。

【００２０】レジストの厚さは、通常３〜１０μｍであ
り、５μｍ前後が好ましい。

【００２１】アルキル化シリコンアミンとしては、たと
えば、式（９）で表わされるトリアルキルシリコンアミ
ンを用いることができる。アルキル化ゲルマニウムアミ
ンとしては、たとえば、式（１０）で表わされるトリア
ルキルゲルマニウムアミンを用いることができる。式
（９）および式（１０）中、Ｒはアルキル基を表わし、
好ましくは、炭素数が１〜６、より好ましくは１〜３の
アルキル基を表わす。炭素数が６をこえると気相反応で
置換を起こす反応効率が落ちる。（ＳｉＲ₃）₂ＮＨ式（９）（ＧｅＲ₃）₂ＮＨ式（１０）

【００２２】アルキル化ゲルマニウムアミンまたはアル
キル化シリコンアミンとアルキル化ゲルマニウムアミン
との混合物の蒸気の曝露は、たとえば、窒素気流中で行
なうことができる。

【００２３】蒸気の曝露は、通常蒸気圧が１００〜１０
パスカルの間で行なうことができるが、３０パスカル付
近が好ましい。蒸気圧が１００パスカルをこえるとアル
キル化シリコンアミンとアルキル化ゲルマニウムアミン
が気化しにくくなる傾向があり、逆に１０パスカル未満
では気化しすぎ、反応効率が落ちる傾向がある。

【００２４】蒸気温度は、通常１５０〜２５０℃とする
ことができるが、２００℃付近が好ましい。蒸気温度が
１５０℃未満ではアルキル化シリコンアミンとアルキル
化ゲルマニウムアミンが気化しにくくなる傾向があり、
逆に２５０℃をこえると気化しすぎ、反応効率が落ちる
傾向がある。

【００２５】蒸気の曝露は、通常は、３０〜６０分間行
なうことが好ましい。曝露時間が３０分未満ではアルキ
ル化シリコンアミンとアルキル化ゲルマニウムアミンに
よる置換反応が完了しない傾向があり、６０分をこえる
と置換反応がコア形成部以外でも起こる傾向がある。

【００２６】蒸気の曝露によってレジストが除去された
部分のシラノール型有機シロキサン系高分子の側鎖（Ｏ
Ｈ基）のＨをアルキル化ゲルマニウムに置換することが
でき、その部分の屈折率を大きくすることができ、コア
部とすることができる。この置換反応により、シラノー
ル型有機シロキサン系高分子のシラノール部位がアルキ
ル化シリコンアミンまたはアルキル化ゲルマニウムアミ
ンと反応して、トリアルキルシロキシ基またはトリアル
キルゲルマノキシ基となる。これらの置換基により、こ
れらの部分の屈折率を元のシラノール型有機シロキサン
系高分子部の屈折率よりも大きくすることができる。す
なわち、コア部とすることができ、元のシラノール型有
機シロキサン系高分子部をクラッド部とすることができ
る。

【００２７】さらにこの上に、元のシラノール型有機シ
ロキサン系高分子を溶媒に溶解させたものを塗布するこ
とにより、上部クラッド部を形成することができる。

【００２８】すなわち、１種類の高分子のみを基本材料
（母体高分子）として導波路を形成することができると
ともに、高分子の塗布過程も２回で済む。さらに、コア
部のエッチング工程も省くことができる。すなわち、コ
ア部を形成するために屈折率の異なる別の高分子を新し
く作成する必要もなく、その高分子を下部クラッド部の
上に塗布し、かつ、導波路形状に露光・エッチングする
必要もない。

【００２９】シラノール型有機シロキサン系高分子を溶
解させる溶媒としては、たとえば、メチルイソブチルケ
トンなどを用いることができる。メチルイソブチルケト
ンに溶解させるときのシラノール型有機シロキサン系高
分子の濃度としては１０〜１５重量％が好ましい。１０
重量％未満では粘度が低すぎるためにスピンコート製膜
が困難になる傾向があり、１５重量％をこえると粘度が
高くなりすぎるためにスピンコート製膜が困難になる傾
向がある。

【００３０】上部クラッドの厚さは、１０〜２５μｍで
あることが好ましい。上部クラッドの厚さが１０μｍ未
満では導波光が漏れ出て導波損失が大きくなる傾向があ
り、２５μｍをこえるとクラッド層内部にクラックが生
じて導波光の散乱が大きくなり、導波損失が大きくなる
傾向がある。

【００３１】クラッド部とコア部との屈折率の違い、い
わゆる比屈折率差は、光導波路の特性として極めて重要
である。比屈折率差は、通常は、０．１〜１．０％とす
る。比屈折率差を０．３％以下とすることにより、シン
グルモードの光を導波させることができる。比屈折率差
を１．０％以下とすることにより、マルチモードの光を
導波させることができる。クラッド部とコア部の屈折率
の制御は側鎖をゲルマニウム元素に置換する割合を制御
することにより行なうことができる。

【００３２】置換割合の制御は、たとえば、アルキル化
シリコンアミンとアルキル化ゲルマニウムアミンとの混
合物において、それぞれのアミンの混合比を制御するこ
とにより行なうことができる。アルキル化シリコンアミ
ンとアルキル化ゲルマニウムアミンの混合比率はモル比
で１：２〜１：２０の間で変化させることができる。ア
ルキル化シリコンアミンを１としたときのアルキル化ゲ
ルマニウムの比率が２より小さいとコア部の屈折率が充
分には大きくならない傾向があり、２０より大きいとコ
ア部の屈折が大きくなりすぎる傾向がある。

【００３３】また、側鎖にシラノール基を有しない繰り
返し単位とシラノール基を有する繰り返し単位を有する
共重合体高分子を基本材料（母体高分子）として、シラ
ノール基を有する繰り返し単位の割合を制御して、側鎖
のゲルマニウム置換を行なうことにより、行なうことが
できる。

【００３４】比屈折率差の特性以外に、コア部の形状を
制御することにより、シングルモードとマルチモードの
光をそれぞれ導波させることができる。コアの形状を７
μｍ角程度とすることにより、シングルモードの光を導
波させることができる。一方、マルチモードの光は数十
μｍ角の大きさのコアでも導波させることができる。コ
ア部の形成および形状制御はレジストパターンの像様を
制御することにより行なう。一方、深さについては、ア
ルキル化ゲルマニウムアミンの曝露量により制御するこ
とができる。コアの深さを数十μｍにまで深くするに
は、基板上にシラノール型有機シロキサン系高分子を塗
布し、常に同じレジストパターンを用いて、アルキル化
ゲルマニウムアミンまたはアルキル化シリコンアミンと
アルキル化ゲルマニウムアミンとの混合物の蒸気に曝す
工程を少なくとも２回以上行なうことにより、達成する
ことができる。この工程の繰り返し回数は所望するコア
の厚さにより決定することができる。

【００３５】さらに、各導波路層でのコア形状を変える
ことにより、導波特性を変えることができる。基板上に
シラノール型有機シロキサン系高分子を塗布し、レジス
トパターン形成後、アルキル化ゲルマニウムアミンまた
はアルキル化シリコンアミンとアルキル化ゲルマニウム
アミンとの混合物の蒸気に曝す工程を少なくとも２回以
上行ない、各工程ごとのレジストパターンの像様を変え
て行なうことにより達成することができる。すなわち、
多層化光導波路を形成することができる。

【００３６】基本材料のシラノール型有機シロキサン系
高分子のアルキル基の水素原子をハロゲン元素で置換す
ることにより、本発明の高分子光導波路の１．３μｍと
１．５５μｍの波長域での光導波特性をより向上させる
ことができる。ハロゲン置換率は、７０〜１００％であ
ることが好ましく、より好ましくは、８５〜１００％で
ある。置換率が７０％未満ではＣ−Ｈ結合による近赤外
領域での吸収が増大する傾向があり、光通信で用いられ
る１．３μｍおよび１．５μｍの光の導波損失が大きく
なる傾向がある。また、ハロゲン化フェニル基で置換す
ることにより、耐熱性をより向上させることができる。
ハロゲンとしてはフッ素が有効であるが、他のハロゲン
元素でもよい。耐熱性を向上させることにより、チップ
化する場合の耐はんだ特性を向上させることができる。
本発明では、２５０℃程度以上の耐熱性を確保できるこ
とが期待される。

【００３７】

【実施例】実施例１図１に示すようにシリコン基板の上に、式（１）で表わ
される繰り返し単位を有するシラノール型有機シロキサ
ン系高分子（母体高分子）を塗布し（ａ）、その上に、
５μｍ厚さになるように感光性レジスト膜を塗布し、こ
のレジスト膜を通常の方法で７μｍ幅で５μｍの深さの
パターニングを行なった。そののち、１００℃の雰囲気
中で１０分間ベーキングを行なった。つぎに、アルキル
化シリコンアミン（（Ｓｉ（ＣＨ₃）₃）₂ＮＨ）とアル
キル化ゲルマニウムアミン（（Ｇｅ（ＣＨ₃）₃）₂Ｎ
Ｈ）との混合物の蒸気に、上記の材料を、窒素気流下３
０パスカルの条件で曝した（ｂ）。蒸気温度１９５℃で
５０分間行なった。アルキル化シリコンアミンとアルキ
ル化ゲルマニウムアミンとの混合物の比率は、１対１０
にした。

【００３８】その結果、８μｍの深さにまで母体高分子
のＯＨ基のＨが１対５の割合でＳｉ（ＣＨ₃）₃とＧｅ
（ＣＨ₃）₃に置換された（ｃ）。置換割合はＩＲ分析と
ＮＭＲ分析により求めた。また、式（１）で表わされる
繰り返し単位を有するシラノール型有機シロキサン系高
分子の屈折率が１．５６２であったのが、１．５６６に
まで向上した。この結果、コア部とクラッド部との比屈
折率差は０．３％以下になりシングルモードの光導波路
を形成できることが示された。

【００３９】つぎに、通常の方法で、前記レジストを除
去したのちに、この上にメチルイソブチルケトンに溶解
させた式（１）のシラノール型有機シロキサン系高分子
をスピンコート法により１０μｍ厚さになるように塗布
して（ｄ）、図１に示すような光導波路を得た。このも
のは、２５０℃まで熱的に安定であった。

【００４０】実施例２実施例１と同様にして光導波路を形成した。ただし、基
板には石英基板を、母体高分子には式（２）で表わされ
る繰り返し単位を有するシラノール型有機シロキサン系
高分子を用いた。曝露条件は、窒素気流下２８パスカ
ル、蒸気温度２００℃で４５分間行なった。アルキル化
シリコンアミン（（Ｓｉ（Ｃ₂Ｈ₅）₃）₂ＮＨ）およびア
ルキル化ゲルマニウムアミン（（Ｇｅ（Ｃ₂Ｈ₅）₃）₂Ｎ
Ｈ）を１対１２の混合比率で用いた。

【００４１】その結果、８μｍの深さにまで母体高分子
のＯＨ基のＨが１対６の割合でＳｉ（Ｃ₂Ｈ₅）₃とＧｅ
（Ｃ₂Ｈ₅）₃に置換された。また、式（２）で表わされ
る繰り返し単位を有する有機シロキサン系高分子の屈折
率が１．５６３であったのが、１．５６７にまで向上し
た。この結果、コア部とクラッド部との比屈折率差は
０．３％以下になりシングルモードの光導波路を形成で
きることが示された。

【００４２】レジストを除去したのち、この上にメチル
イソブチルケトンに溶解させた式（２）で表わされる繰
り返し単位を有する有機シロキサン系高分子をスピンコ
ート法により１０μｍ厚さになるように塗布して、図１
に示すような光導波路を得た。このものは、２５２℃ま
で熱的に安定であった。

【００４３】実施例３実施例１と同様にして光導波路を形成した。ただし、基
板には酸化シリコン基板を、母体高分子には構造が式
（１）で表わされる繰り返し単位と式（２）で表わされ
る繰り返し単位を有するシラノール型有機シロキサン系
高分子を用いた。曝露条件は、窒素気流下３１パスカ
ル、蒸気温度２１０℃で４０分間行なった。アルキル化
シリコンアミン（（Ｓｉ（Ｃ₃Ｈ₇）₃）₂ＮＨ）およびア
ルキル化ゲルマニウムアミン（（Ｇｅ（Ｃ₃Ｈ₇）₃）₂Ｎ
Ｈ）を１対４の混合比率で用いた。

【００４４】その結果、８μｍの深さにまで母体高分子
のＯＨ基のＨが１対２の割合でＳｉ（Ｃ₃Ｈ₇）₃とＧｅ
（Ｃ₃Ｈ₇）₃に置換された。また、式（１）と式（２）
で表わされる繰り返し単位を有する有機シロキサン系高
分子の屈折率が１．５６３であったのが、１．５６５に
まで向上した。この結果、コア部とクラッド部との比屈
折率差は０．３％以下になりシングルモードの光導波路
を形成できることが示された。

【００４５】そこで、レジスト除去後、この上にメチル
イソブチルケトンに溶解させた式（１）で表わされる繰
り返し単位と式（２）で表わされる繰り返し単位を有す
る有機シロキサン系高分子をスピンコート法により１０
μｍ厚さになるように塗布して、図１に示すような光導
波路を得た。このものは、２５５℃まで熱的に安定であ
った。

【００４６】実施例４実施例１と同様にして光導波路を形成した。ただし、基
板には酸化シリコン基板を用いた。母体高分子（基本材
料）には、構造が式（１）で表わされる繰り返し単位と
式（３）で表わされる繰り返し単位を有する共重合体を
用いた。曝露条件は、窒素気流下３１パスカル、蒸気温
度２１０℃で４０分間行なった。アルキル化シリコンア
ミン（（Ｓｉ（Ｃ₃Ｈ₇）₃）₂ＮＨ）およびアルキル化ゲ
ルマニウムアミン（（Ｇｅ（Ｃ₃Ｈ₇）₃）₂ＮＨ）を１対
１４の混合比率で用いた。

【００４７】その結果、８μｍの深さに母体高分子のＯ
Ｈ基のＨが１対７の割合でＳｉ（Ｃ ₃Ｈ₇）₃とＧｅ（Ｃ₃
Ｈ₇）₃に置換された。また、式（１）で表わされる繰り
返し単位と式（３）で表わされる繰り返し単位を有する
有機シロキサン系高分子の屈折率が１．５６４であった
のが、１．５６６にまで向上した。この結果、コア部と
クラッド部との比屈折率差は０．３％以下になりシング
ルモードの光導波路を形成できることが示された。

【００４８】そこで、レジストを除去したのち、この上
にメチルイソブチルケトンに溶解させた式（１）で表わ
される繰り返し単位と式（３）で表わされる繰り返し単
位を有する有機シロキサン系高分子をスピンコート法に
より１０μｍ厚さになるように塗布して、図１に示すよ
うな光導波路を得た。このものは、２５５℃まで熱的に
安定であった。

【００４９】実施例５〜９実施例４の式（３）で表わされる繰り返し単位の代わり
に、式（４）、（５）、（６）、（７）または（８）で
表わされる繰り返し単位を用いても同様の結果が得られ
た。すなわち、アルキル化シリコンアミンとアルキル化
ゲルマニウムアミンによる置換反応によって、置換部の
屈折率が、実施例５では１．５６２から１．５６４に、
実施例６では１．５６２から１．５６５に、実施例７で
は１．５６３から１．５６６に、実施例８では１．５６
２から１．５６４、実施例９では１．５６３から１．５
６５に向上した。また、得られた光導波路の耐熱温度
は、実施例５では２５４℃、実施例６では２５２℃、実
施例７では２４９℃、実施例８では２５１℃、実施例９
では２５２℃であった。各実施例の母体高分子の組成比
と作成条件は表１に示す。

【００５０】実施例１０〜１５実施例４〜９の式（１）で表わされる繰り返し単位の代
わりに式（２）で表わされる繰り返し単位を用いても同
様の結果が得られた。各実施例の母体高分子の組成比と
作成条件は表１に示す。

【００５１】実施例１６実施例１と同様にして光導波路を形成した。ただし、基
板にはアルミナセラミクス基板を用いた。母体高分子に
は、構造が式（１）で表わされる繰り返し単位と式
（２）で表わされる繰り返し単位と式（８）で表わされ
る繰り返し単位を有する共重合体高分子を用いた。曝露
条件は、３１パスカル、蒸気温度２２０℃で５０分間行
なった。アミンはメチル化ゲルマニウムアミン（（Ｇｅ
（ＣＨ₃）₂ＮＨ）のみを用いた。

【００５２】その結果、８μｍの深さにまで母体高分子
のＯＨ基のＨの７０％がＧｅ（ＣＨ ₃）₃に置換された。
また、式（１）で表わされる繰り返し単位と式（２）で
表わされる繰り返し単位と式（８）で表わされる繰り返
し単位を有する共重合体高分子の屈折率が１．５６４で
あったのが、１．５６７にまで向上した。この結果、コ
ア部とクラッド部との比屈折率差は０．３％以下になり
シングルモードの光導波路を形成できることが示され
た。

【００５３】レジストを除去後、この上にメチルイソブ
チルケトンに溶解させた式（１）で表わされる繰り返し
単位と式（２）で表わされる繰り返し単位と式（８）で
表わされる繰り返し単位を有する共重合体高分子をスピ
ンコート法により１０μｍ厚さになるように塗布して、
図１に示すような光導波路を得た。このものは、２６０
℃まで熱的に安定であった。

【００５４】実施例１７〜２１実施例１６の式（８）で表わされる繰り返し単位の代わ
りに、式（３）で表わされる繰り返し単位、（４）で表
わされる繰り返し単位、（５）で表わされる繰り返し単
位、（６）で表わされる繰り返し単位または（７）で表
わされる繰り返し単位を有する共重合体高分子を用いて
も同様の結果が得られた。すなわち、メチル化ゲルマニ
ウムアミンによる置換反応によって、置換部の屈折率
が、実施例１７では１．５６１から１．５６４に、実施
例１８では１．５６２から１．５６４に、実施例１９で
は１．５６３から１．５６５に、実施例２０では１．５
６３から１．５６５に、実施例２１では１．５６２から
１．５６４に向上した。また、得られた光導波路の耐熱
温度は、実施例１７では２５５℃、実施例１８では２５
３℃、実施例１９では２５３℃、実施例２０では２５５
℃、実施例２１では２５３℃であった。各実施例の母体
高分子の組成比と作成条件は表１に示す。

【００５５】実施例２２実施例１とほぼ同様に行なった。図２に示すように、ガ
リウム砒素基板の上に、構造が式（１）で表わされる繰
り返し単位を有するシラノール型有機シロキサン系高分
子をメチルイソブチルケトンに溶解させてスピンコート
法により１５μｍ厚さになるように塗布し（ａ）、その
上に通常の方法で、パターン幅３０μｍ、厚さ５μｍの
レジストパターンを塗布した。そののち、１００℃の雰
囲気中で１０分間ベーキングを行なった。つぎに、アル
キル化シリコンアミン（（Ｓｉ（ＣＨ₃）₃）₂ＮＨ）と
アルキル化ゲルマニウムアミン（（Ｇｅ（ＣＨ₃）₃）₂
ＮＨ）との混合物の蒸気に、上記の材料を曝した
（ｂ）。曝露条件は、３１パスカル、蒸気温度２１０℃
で４０分間行なった。アルキル化シリコンアミンおよび
アルキル化ゲルマニウムアミンの混合比率は、１対１６
にした。

【００５６】その結果、１０μｍの深さにまで母体高分
子のＯＨ基のＨが１対８の割合でＳｉ（ＣＨ₃）₃とＧｅ
（ＣＨ₃）₃に置換された（ｃ）。また、式（１）で表わ
される繰り返し単位を有する有機シロキサン系高分子の
屈折率が１．５６３であったのが、１．５７０にまで向
上した。この結果、コア部とクラッド部との比屈折率差
は１．０％以下になりマルチモードの光導波路を形成で
きることが示された。

【００５７】そこで、レジストを除去したのち、さら
に、構造が式（１）で表わされる繰り返し単位を有する
シラノール型有機シロキサン系高分子をメチルイソブチ
ルケトンに溶解させてスピンコート法により１０μｍ厚
さになるように塗布し、その上に、再び、パターン幅３
０μｍ、厚さ５μｍのレジストパターンを塗布し、さら
にアルキル化シリコンアミンおよびアルキル化ゲルマニ
ウムアミンとの蒸気に曝す、前述と同様の工程を２回繰
り返し行なった（ｄ、ｅ）。

【００５８】そののち、最終工程のレジストを除去し、
この上にメチルイソブチルケトンに溶解させた式（１）
で表わされる繰り返し単位を有するシラノール型有機シ
ロキサン系高分子をスピンコート法により１０μｍ厚さ
になるように塗布して（ｆ）、図２に示すような光導波
路を得た。ここでは、コアの幅と深さがそれぞれ３０μ
ｍのマルチモードの光導波路を得た。このものは、２５
２℃まで熱的に安定であった。

【００５９】実施例２３および２４実施例２２の母体高分子（式（１）で表わされる繰り返
し単位を有するシラノール型有機シロキサン系高分子）
の代わりに、式（２）で表わされる繰り返し単位を有す
るシラノール型有機シロキサン系高分子、または式
（１）で表わされる繰り返し単位と式（２）で表わされ
る繰り返し単位を有する共重合体を用いたときも同様の
結果を得た。すなわち、アルキル化シリコンアミンとア
ルキル化ゲルマニウムアミンによる置換反応によって、
置換部の屈折率が、実施例２３では１．５６４から１．
５７１に、実施例２４では１．５６３から１．５７０に
向上した。また、得られた光導波路の耐熱温度は、実施
例２３では２５０℃、実施例２４では２５１℃であっ
た。作成条件は表１に示す。

【００６０】実施例２５図３に示すようにシリコン基板の上に、式（１）で表わ
される繰り返し単位を有するシラノール型有機シロキサ
ン系高分子をメチルイソブチルケトンに溶解させてスピ
ンコート法により１５μｍ厚さになるように塗布し
（ａ）、その上に幅７μｍ、厚さ５μｍのレジストパタ
ーンを塗布した。そののち、１００℃の雰囲気中で１０
分間ベーキングを行なった。つぎに、アルキル化シリコ
ンアミン（（Ｓｉ（ＣＨ₃）₃）₂ＮＨ）とアルキル化ゲ
ルマニウムアミン（（Ｇｅ（ＣＨ₃）₃）₂ＮＨ）との混
合物の蒸気に、上記の材料を曝した（ｂ）。曝露条件
は、ここでは３１パスカル、蒸気温度２１０℃で４０分
間行なった。

【００６１】アルキル化シリコンアミンとアルキル化ゲ
ルマニウムアミンとの混合物比率は、１対１０にした。

【００６２】その結果、８μｍの深さにまで母体高分子
のＯＨ基のＨが１対５の割合でＳｉ（ＣＨ₃）₃とＧｅ
（ＣＨ₃）₃に置換された（ｃ）。また、式（１）で表わ
される有機シロキサン系高分子の屈折率が１．５６３で
あったのが、１．５６７にまで向上した。この結果、コ
ア部とクラッド部との比屈折率差は０．３％以下になり
シングルモードの光導波路を形成できることが示され
た。

【００６３】そこで、レジストを除去したのち、この上
にメチルイソブチルケトンに溶解させた式（１）で表わ
される繰り返し単位を有する有機シロキサン系高分子を
スピンコート法により１０μｍ厚さになるように塗布し
て、図３に示す第一層目の光導波路を得た。

【００６４】さらに、この上に、第一層目と同じ混合組
成である、式（１）で示される有機シロキサン系高分子
をメチルイソブチルケトンに溶解させてスピンコート法
により１５μｍ厚さになるように塗布し、第一層目とは
異なるレジストパターンを塗布した。また、そののち、
１００℃の雰囲気中で１０分間ベーキングを行なった。
つぎに、アルキル化シリコンアミン（（Ｓｉ（Ｃ
Ｈ₃）₃）₂ＮＨ）とアルキル化ゲルマニウムアミン
（（Ｇｅ（ＣＨ₃）₃）₂ＮＨ）との混合物の蒸気に、上
記の材料を第一層目と同様の条件で曝した（ｄ）。その
結果、この層でも８μｍの深さにまで式（１）のＯＨ基
のＨが１対５の割合でＳｉ（ＣＨ₃）₃とＧｅ（ＣＨ ₃）₃
に置換された（ｅ）。また、式（１）で表わされる繰り
返し単位を有するラノール型有機シロキサン系高分子の
屈折率が１．５６３であったのが、１．５６７にまで向
上した。この結果、コア部とクラッド部との比屈折率差
は０．３％以下になりシングルモードの光導波路を形成
できることが示された。

【００６５】そこで、レジスト除去したのち、この上に
メチルイソブチルケトンに溶解させた式（１）で表わさ
れる繰り返し単位を有するシラノール型有機シロキサン
系高分子をスピンコート法により１０μｍ厚さになるよ
うに塗布して（ｆ）、図３に示す多形状・多層型の光導
波路を得た。このものは、２５１℃まで熱的に安定であ
った。

【００６６】実施例２６〜４８実施例２〜２４で示したシラノール型有機シロキサン系
高分子を実施例２５で示した１層目と２層目に用いて作
製したものを実施例２６〜４８としたところ、同様に、
多形状・多層構造の光導波路を得た。

【００６７】置換反応による屈折率の変化は、実施例２
６では１．５６２から１．５６４、実施例２７では１．
５６３から１．５６５、実施例２８では１．５６２から
１．５６４、実施例２９では１．５６３から１．５６
５、実施例３０では１．５６１から１．５６４、実施例
３１では１．５６２から１．５６５、実施例３２では
１．５６２から１．５６４、実施例３３では１．５６３
から１．５６５、実施例３４では１．５６２から１．５
６５、実施例３５では１．５６３から１．５６５、実施
例３６では１．５６２から１．５６４、実施例３７では
１．５６３から１．５６５、実施例３８では１．５６２
から１．５６４、実施例３９では１．５６１から１．５
６３、実施例４０では１．５６２から１．５６５、実施
例４１では１．５６３から１．５６５、実施例４２では
１．５６４から１．５６７、実施例４３では１．５６２
から１．５６５、実施例４４では１．５６３から１．５
６５、実施例４５では１．５６２から１．５６５、実施
例４６では１．５６３から１．５６５、実施例４７では
１．５６４から１．５６６、実施例４８では１．５６３
から１．５６５であった。

【００６８】得られた光導波路の耐熱温度は、実施例２
６では２５３℃、実施例２７では２５５℃、実施例２８
では２５６℃、実施例２９では２５１℃、実施例３０で
は２５２℃、実施例３１では２５３℃、実施例３２では
２４９℃、実施例３３では２５１℃、実施例３４では２
５２℃、実施例３５では２５１℃、実施例３６では２５
０℃、実施例３７では２５２℃、実施例３８では２５９
℃、実施例３９では２５０℃、実施例４０では２５２
℃、実施例４１では２５１℃、実施例４２では２５８
℃、実施例４３では２５２℃、実施例４４では２５１
℃、実施例４５では２５０℃、実施例４６では２５１
℃、実施例４７では２５０℃、実施例４８では２５１℃
であった。

【００６９】

【表１】

【００７０】

【発明の効果】本発明（請求項１〜８）によれば、従来
の作製方法とは異なり、図１に示すように高分子導波路
の原材料の塗布過程が１層の導波路を得るために同一の
高分子を２回塗布するだけで済む。従来の高分子導波路
の作製方法では、図４に示すように、異なる高分子を用
いて、かつ、少なくとも３回以上の塗布過程（（ａ）で
のクラッドを形成する有機高分子の塗布過程、（ｂ）で
のコアを形成する有機高分子の塗布過程、（ｃ）での上
部クラッドを形成する有機高分子の塗布過程）が必要と
なる。以上より、本発明では、作製工程を効率化でき製
作コストの低減が可能となる。

【００７１】さらに、本発明（請求項６および７）によ
れば、母体のシラノール型有機シロキサン系高分子を種
々の共重合体として、クラッド部とコア部の屈折率を精
度よく容易に制御することが可能になる。すなわち、シ
ングルモードとマルチモードの光導波路の作製が精度よ
く容易にできる。

【００７２】さらに、本発明（請求項７）によれば、母
体のシラノール型有機シロキサン系高分子を２種類以上
の繰り返し単位を有する共重合体とし、少なくとも１つ
の水酸基（ＯＨ）を全く有さない繰り返し単位を用いれ
ば、アルキル化ゲルマニウムアミンのみで、クラッド部
とコア部の屈折率を精度よく容易に制御することが可能
になる。すなわち、シングルモードとマルチモードの光
導波路の作製が容易にできる。

【００７３】さらに、本発明（請求項８）によれば、ク
ラッド部とコア部の屈折率を、アルキル化シリコンアミ
ンとアルキル化ゲルマニウムアミンとの混合比により容
易に制御することが可能になる。すなわち、シングルモ
ードとマルチモードの光導波路の作製が容易にできる。

【００７４】さらに、本発明（請求項２〜８）によれ
ば、シラノール型有機シロキサン系高分子を塗布し、同
じレジストパターンを用いて、または異なるレジストパ
ターンを用いて、アルキル化ゲルマニウムアミンまたは
アルキル化シリコンアミンとアルキル化ゲルマニウムア
ミンとの混合物を曝す工程を少なくとも２回以上繰り返
すことにより、コア部を深くしてシングルモードとマル
チモードの光導波路を精度よく容易に作製でき、また、
多機能化・多層化の光導波路を容易に作製できる。

【００７５】さらに、本発明（請求項９および１０）に
よれば、母体高分子の共重合体組成によって、またトリ
アルキルゲルマノキシ基の置換率によって、シングルモ
ードとマルチモードの光導波路を提供することができ、
また２層構造にすることによって、多機能化・多層化の
光導波路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシングルモード高分子光導波路の構
造断面図による作製工程図である。

【図２】本発明のマルチモード高分子光導波路の構造
断面図による作製工程図である。

【図３】本発明の多形状・多層型高分子光導波路の構
造断面図による作製工程図である。

【図４】従来法の高分子光導波路の構造断面図による
作製工程図である。

【符号の説明】

１基板、２シラノール型有機シロキサン系高分子、
３レジストパターン、４アルキル化シリコンアミン
とアルキル化ゲルマニウムアミンの蒸気、５コア、６
クラッド、７有機高分子、８マスク、９平面照
射紫外光線。

フロントページの続き (72)発明者平松星紀東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者南伸太朗東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者中尾之泰東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者西岡孝博東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者蔵田哲之東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内Ｆターム(参考） 2H047 KA04 PA02 PA21 PA24 PA28 QA05 QA07 TA43

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上にシラノール型有機シロキサン系
高分子を塗布し、その上にレジストを塗布してパターニ
ングしたのちに、アルキル化ゲルマニウムアミンまたは
アルキル化シリコンアミンとアルキル化ゲルマニウムア
ミンとの混合物の蒸気に曝すことを特徴とする光導波路
の製造方法。
【請求項２】請求項１記載の工程を２回以上行ない、
その都度、常に同じレジストパターンを用いることを特
徴とする光導波路の製造方法。
【請求項３】請求項１記載の工程を２回以上行ない、
そのうちの少なくとも一度は他と異なるレジストパター
ンを用いることを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項４】シラノール型有機シロキサン系高分子が
式（１）で表わされる繰り返し単位を有する高分子であ
る請求項１、２または３記載の光導波路の製造方法。【化１】（式（１）中、Ｒはハロゲンを有することができるアル
キル基またはアルキル基もしくはハロゲンを有すること
ができるフェニル基を表わす）
【請求項５】シラノール型有機シロキサン系高分子が
式（２）で表わされる繰り返し単位を有する高分子であ
る請求項１、２または３記載の光導波路の製造方法。【化２】（式（２）中、Ｒはハロゲンを有することができるアル
キル基またはアルキル基もしくはハロゲンを有すること
ができるフェニル基を表わす）
【請求項６】シラノール型有機シロキサン系高分子が
式（１）で表わされる繰り返し単位と式（２）で表わさ
れる繰り返し単位を有する共重合体高分子である請求項
１、２または３記載の光導波路の製造方法。
【請求項７】シラノール型有機シロキサン系高分子が
式（１）で表わされる繰り返し単位および／または式
（２）で表わされる繰り返し単位と、式（３）で表わさ
れる繰り返し単位、式（４）で表わされる繰り返し単
位、式（５）で表わされる繰り返し単位、式（６）で表
わされる繰り返し単位、式（７）で表わされる繰り返し
単位および式（８）で表わされる繰り返し単位からなる
群から選ばれた少なくとも１つの繰り返し単位を有する
共重合体高分子である請求項１、２または３記載の光導
波路の製造方法。【化３】
【請求項８】アルキル化シリコンアミンとアルキル化
ゲルマニウムアミンとの混合比率を適宜変化させること
を特徴とする請求項１、２、３、４、５、６または７記
載の光導波路の製造方法。
【請求項９】請求項１、２、３、４、５、６、７また
は８記載の方法によって製造される光導波路。
【請求項１０】クラッド部が、シラノール型有機シロ
キサン系高分子（母体高分子）からなり、コア部が、有
機シロキサン系高分子の水酸基の一部または全部をトリ
アルキルゲルマノキシ基またはトリアルキルシロキシ基
とトリアルキルゲルマノキシ基とで置換した構造を有す
る高分子からなる光導波路。