JP2002148456A - 高分子光導波路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 化学式（１）で表される繰り返し構造単
位８０〜１００モル％、及び、化学式（２）又は化学式
（３）で表される繰り返し構造単位０〜２０モル％を含
んでなるポリイミドを光学コア及び／又は光学クラッド
として用いることを特徴とするシングルモード又はマル
チモードの高分子光導波路。 【効果】 本発明のポリイミド光導波路は、加工性・光
学特性（透明性・光学等方性）・耐熱性をすべて満足す
る理想的な高分子光導波路である。本発明は、光通信、
光情報処理、微小光学あるいはその他の一般光学の分野
で用いられる種々の光導波路デバイス（光スイッチ、光
フィルタなど）、光集積回路、又は、光配線板等に広く
適用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポリイミドを用い
た光導波路に関するものであり、光通信、光情報処理、
微小光学あるいはその他の一般光学の分野で広く用いら
れる種々の光導波路、光導波路デバイス、光集積回路又
は光配線板に利用できる。

【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。

【０００３】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、
耐熱性に優れている、等の条件が要求される。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
るため導波路とした場合も波長が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。
しかしその光導波路作製に長時間を必要とする、作製時
に高温が必要である、大面積化が困難であるなど製造上
の問題点がある。

【０００４】これに対してポリメチルメタクリレート
（ＰＭＭＡ）などからなる高分子光導波路は低い温度で
成形が可能であり、低価格が期待できるなどの長所があ
る一方、耐熱性に劣る、長波長で十分な低損失化が達成
されていない、などの欠点がある。すなわち、ＰＭＭＡ
に代表される脂肪族系高分子は、光インタコネクション
においてはＬＳＩチップを実装する際に要求されるハン
ダ耐熱性を有していない。

【０００５】さらに、脂肪族系高分子は光通信波長領域
に脂肪族Ｃ−Ｈ結合の赤外吸収の高波長吸収を有してい
るため光損失が大きい。従って、脂肪族Ｃ−Ｈ結合を有
さない高耐熱性透明樹脂からなる高分子光導波路が求め
られていた。

【０００６】芳香族ポリイミドはプラスチックの中で最
も耐熱性に優れ、さらに脂肪族Ｃ−Ｈ結合を有さない。
このため、芳香族ポリイミドの透明性を高め、光通信分
野に利用するための研究が精力的に行われてきた。透明
性を有するポリイミドについては、例えば「ポリイミド
樹脂」（発行：（株）技術情報協会，１９９１年）、
「躍進するポリイミドの最新動向」（発行：住ベテクノ
リサーチ（株），１９９７年）等に詳細に述べられてい
る。

【０００７】透明性を有する芳香族ポリイミドとして
は、全芳香族ポリイミドの分子構造中にトリフルオロメ
チル基等を導入したフッ素化ポリイミドが数多く開発さ
れてきた。中でも、ＮＴＴが開発したフッ素化ポリイミ
ド「ＦＬＵＰＩ」は、可視から近赤外波長領域での透明
性が高く、その光学的等方性も高い（複屈折が従来の芳
香族ポリイミドより１桁小さい）ため、高分子光導波路
用材料として最も研究が進んでいるポリイミドであり、
現在工業的に入手できる唯一の光導波路用ポリイミドで
ある（プラスチックス，４２巻，９号，４７頁、ＭＥＳ
１９９７年 第７回マイクロエレクトロニクス論文
集，７７頁等参照）。

【０００８】しかしながら、「ＦＬＵＰＩ」に代表され
るフッ素化ポリイミドは、有機溶剤に可溶であり、耐薬
品性が低い。ポリイミドを光導波路として用いるために
は、コアとクラッドの多層構造にする必要があるが、フ
ッ素化ポリイミドは耐薬品性が低く、積層時に溶解、膨
潤したり、白化、クラックが入る等の問題を起こすた
め、多層化が困難であった（特許２８１６７７１号公
報、特許３０１９１６６号公報等参照）。

【０００９】一方、非フッ素系で透明性を有する芳香族
ポリイミドとしては、例えば「ポリイミド樹脂」（発
行：（株）技術情報協会，１９９１年）、特開平８−２
２５６４５号公報、特開２０００−５３７６７号公報等
に報告されている。これらのポリイミドは、芳香環同士
の結合様式とその位置を工夫することにより、隣り合っ
た芳香環同士の共役を弱めることで、芳香族ポリイミド
の透明性を高めている。

【００１０】しかしながら、これらの報告例は、可視光
領域での透明性のみが報告されているにすぎず、しか
も、１００μｍ以下の非常に薄いフィルムであってもそ
の可視光線透過率は９０％未満にすぎない。したがっ
て、これらポリイミドの、光通信分野で必要とされる近
赤外領域での透明性及び光学的等方性に付いては全く予
測することができず、これらが光導波路等の光通信用部
品に用いることができるか否かは全く分かっていなかっ
た。

【００１１】さらに、芳香族ポリイミドは、分子内分極
が大きい芳香族環を高濃度に含有し、かつ分子鎖が剛直
で配列しやすいため、一般に複屈折が大きいことが知ら
れていた。従って、非フッ素系の全芳香族ポリイミド
が、高い透明性と光学等方性（低複屈折性）が必要とさ
れる光通信用部品に用いられることは無かった。

【００１２】以上のことから、耐熱性、加工性に優れ、
光損失の小さい高分子光導波路が求められていた。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、耐熱性、加工性に優れ、光損失の小さい高
分子光導波路を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決するために鋭意検討を重ねた結果、特定構造の、
すなわち化学式（１）（化３）で表される繰り返し構造
単位を有する芳香族ポリイミドのみが、耐熱性に優れ、
脂肪族Ｃ−Ｈ結合を有さず、透明性が高いのみならず、
光学的等方性と耐薬品性に優れていることを見いだし、
この芳香族ポリイミドを用いることにより、本発明の耐
熱性、加工性に優れ、光損失の小さい高分子光導波路を
完成した。すなわち、本発明は、以下の［１］〜［２］
に記載した事項により特定される。

【００１５】［１］ 化学式（１）（化３）で表される
繰り返し構造単位８０〜１００モル％、及び、化学式
（２）（化３）又は化学式（３）（化３）で表される繰
り返し構造単位０〜２０モル％を含んでなるポリイミド
を、光学コア及び／又は光学クラッドとして用いること
を特徴とするシングルモード又はマルチモードの高分子
光導波路（化学式（２）において、Ｘは、化学式（４）
（化４）で表される２価の芳香族基を表し、化学式
（３）において、Ｙは、化学式（５）（化４）で表され
る４価の芳香族基を表し、化学式（４）及び化学式
（５）において、Ｒは、化学式（６）（化４）で表され
る２価の基を表す。）。

【００１６】

【化３】

【００１７】

【化４】

【００１８】［２］ 化学式（４）（化４）及び／又は
化学式（５）（化４）において、芳香環の水素原子の少
なくとも一部が、トリフルオロメチル基で置換されたも
のである［１］に記載した高分子光導波路。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的に説明す
る。本発明の高分子光導波路は、化学式（１）（化３）
で表される繰り返し構造単位８０〜１００モル％、好ま
しくは９０〜１００モル％、より好ましくは９５〜１０
０モル％と、化学式（２）（化３）又は化学式（３）
（化３）で表される繰り返し構造単位０〜２０モル％、
好ましくは０〜１０モル％、より好ましくは０〜５モル
％を含んで成るポリイミドを光学コア及び／又は光学ク
ラッドとして用いる。

【００２０】ここで、従来公知の非フッ素系全芳香族ポ
リイミドのうち、化学式（１）（化３）で表される繰り
返し構造単位を有するポリイミドのみが特異的に、光通
信分野で必要とされる近赤外領域での透明性及び光学的
等方性（低複屈折性）を兼ね備え、高分子光導波路に用
いることができる。さらに、化学式（１）（化３）のポ
リイミドは、優れた光学特性に加え、ハンダ使用時の温
度にも耐えうる高い耐熱性（ガラス転移温度）を有して
いる。

【００２１】本発明で用いるポリイミドは、化学式
（２）（化３）又は化学式（３）（化３）で表される繰
り返し構造単位をその構造中に０〜２０モル％、好まし
くは０〜１０モル％、より好ましくは０〜５モル％含む
ことにより、その屈折率を制御することができる。

【００２２】化学式（２）（化３）又は化学式（３）
（化３）で表される繰り返し構造単位の含有量を変え、
屈折率を制御することにより、光学コアと光学クラッド
に必要な屈折率差を得ることができる。

【００２３】但し、化学式（２）（化３）及び化学式
（３）（化３）で表される繰り返し構造単位から成るポ
リイミドは、耐熱性が低い、透明性が低い、光学的等方
性が低い、耐薬品性が低い等の問題を有する。そのた
め、化学式（２）（化３）又は化学式（３）（化３）で
表される繰り返し構造単位の含有量が多いポリイミドを
用いた場合、得られる高分子光導波路の耐熱性、加工性
が低下したり、光損失が増大するため好ましくない。

【００２４】本発明において、化学式（２）（化３）又
は化学式（３）（化３）で表される繰り返し構造単位と
しては、含フッ素ポリイミドの繰り返し構造単位が特に
好ましい。すなわち、式（化２）で表される繰り返し構
造単位としては、Ｘが、化学式（４）（化４）で表さ
れ、かつ、その芳香環の水素原子の一部がトリフルオロ
メチル基で置換されているものが特に好ましく、化学式
（３）（化３）で表される繰り返し構造単位としては、
Ｙが、化学式（７）（化５）で表されるものが特に好ま
しい。

【００２５】

【化５】

【００２６】これら含フッ素ポリイミドは本発明の化学
式（１）（化３）で表される繰り返し構造単位から成る
ポリイミドに比べ、その屈折率が著しく低いため、少量
の導入で得られるポリイミドの屈折率を大きく変えるこ
とができる。但し、含フッ素ポリイミドの繰り返し構造
単位の含有量が多いと、ポリイミドの耐熱性と耐薬品性
が低下する。

【００２７】本発明で用いるポリイミド又はその前駆体
であるポリアミック酸は、３，３’−ジアミノジフェニ
ルスルホン８０〜１００モル％、３，３’，４，４’−
ビフェニルテトラカルボン酸二無水物８０〜１００モル
％、及び従来公知の芳香族ジアミン又は従来公知の芳香
族テトラカルボン酸二無水物０〜２０モル％を、従来公
知の方法で反応させることにより得ることができる。

【００２８】ここで、用いることのできる従来公知の芳
香族ジアミンとしては、例えばm-フェニレンジアミン、o-
フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン、4,4'-ジア
ミノジフェニルエーテル、3,3'-ジアミノジフェニルエー
テル、3,4'-ジアミノジフェニルエーテル、ビス(3-アミノ
フェニル)スルフィド、ビス(4-アミノフェニル)スルフィ
ド、(3-アミノフェニル)(4-アミノフェニル)スルフィド、
ビス(3-アミノフェニル)スルホキシド、ビス(4-アミノフ
ェニル)スルホキシド、(3-アミノフェニル)(4-アミノフ
ェニル)スルホキシド、ビス(3-アミノフェニル)スルホ
ン、ビス(4-アミノフェニル)スルホン、(3-アミノフェニ
ル)(4-アミノフェニル)スルホン、3,3'-ジアミノベンゾ
フェノン、4,4'-ジアミノベンゾフェノン、3,4'-ジアミノ
ベンゾフェノン、1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼ
ン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(4
-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4-ビス(3-アミノフェノ
キシ)ベンゼン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼ
ン、4,4'ービス(3-アミノフェノキシ)ビフェニル、4,4'ービ
ス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス[4-(3-アミノ
フェノキシ)フェニル]ケトン、ビス[4-(4-アミノフェノ
キシ)フェニル]ケトン、ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フ
ェニル]スルフィド、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェ
ニル]スルフィド、ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニ
ル]スルホキシド、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニ
ル]スルホキシド、ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニ
ル]スルホン、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ス
ルホン、ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]エーテ
ル、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]エーテル、3,
3'-ジアミノ-4,4'-ジフェノキシベンゾフェノン、4,4'-
ジアミノ-5,5'-ジフェノキシベンゾフェノン、3,4'-ジア
ミノ-4,5'-ジフェノキシベンゾフェノン、3,3'-ジアミノ
-4-フェノキシベンゾフェノン、4,4'-ジアミノ-5-フェノ
キシベンゾフェノン、3,4'-ジアミノ-4-フェノキシベン
ゾフェノン、3,4'-ジアミノ-5'-フェノキシベンゾフェノ
ン、3,3'-ジアミノ-4,4'-ジビフェノキシベンゾフェノ
ン、4,4'-ジアミノ-5,5'-ジビフェノキシベンゾフェノ
ン、3,4'-ジアミノ-4,5'-ジビフェノキシベンゾフェノ
ン、3,3'-ジアミノ-4-ビフェノキシベンゾフェノン、4,4'
-ジアミノ-5-ビフェノキシベンゾフェノン、3,4'-ジアミ
ノ-4-ビフェノキシベンゾフェノン、3,4'-ジアミノ-5'-
ビフェノキシベンゾフェノン、2,2'-ビス(トリフルオロ
メチル)-4,4'-ジアミノビフェニル、2-トリフルオロメチ
ル-4,4'-ジアミノジフェニルエーテル、2'-トリフルオロ
メチル-3,4'-ジアミノジフェニルエーテル、2,2-ビス(3-
アミノフェニル)-1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパ
ン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)-1,1,1,3,3,3-ヘキサフ
ルオロプロパン、1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)-4-トリ
フルオロメチルベンゼン、1,3-ビス(3-アミノフェノキ
シ)-5-トリフルオロメチルベンゼン、1,3-ビス(3-アミノ
-5-トリフルオロメチルフェノキシ)ベンゼン、1,4-ビス
(3-アミノ-5-トリフルオロメチルフェノキシ)ベンゼン、
1,3-ビス(3-アミノ-5-トリフルオロメチルフェノキシ)-
5-トリフルオロメチルベンゼン、1,3-ビス(3-アミノ-5-
トリフルオロメチルフェノキシ)-4-トリフルオロメチル
ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノ-2-トリフルオロメチルフ
ェノキシ)ベンゼン、1,4-ビス(4-アミノ-2-トリフルオロ
メチルフェノキシ)ベンゼン、2,2-ビス[4-(3-アミノフェ
ノキシ)フェニル]-1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパ
ン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]-1,1,1,
3,3,3-ヘキサフルオロプロパン等が挙げられ、なかでも、
含フッ素芳香族ジアミンである2,2'-ビス(トリフルオロ
メチル)-4,4'-ジアミノビフェニル、2-トリフルオロメチ
ル-4,4'-ジアミノジフェニルエーテル、2'-トリフルオロ
メチル-3,4'-ジアミノジフェニルエーテル、2,2-ビス(3-
アミノフェニル)-1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパ
ン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)-1,1,1,3,3,3-ヘキサフ
ルオロプロパン、1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)-4-トリ
フルオロメチルベンゼン、1,3-ビス(3-アミノフェノキ
シ)-5-トリフルオロメチルベンゼン、1,3-ビス(3-アミノ
-5-トリフルオロメチルフェノキシ)ベンゼン、1,4-ビス
(3-アミノ-5-トリフルオロメチルフェノキシ)ベンゼン、
1,3-ビス(3-アミノ-5-トリフルオロメチルフェノキシ)-
5-トリフルオロメチルベンゼン、1,3-ビス(3-アミノ-5-
トリフルオロメチルフェノキシ)-4-トリフルオロメチル
ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノ-2-トリフルオロメチルフ
ェノキシ)ベンゼン、1,4-ビス(4-アミノ-2-トリフルオロ
メチルフェノキシ)ベンゼン、2,2-ビス[4-(3-アミノフェ
ノキシ)フェニル]-1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパ
ン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]-1,1,1,
3,3,3-ヘキサフルオロプロパン等が好ましい。これらは
単独又は2種以上を混合して使用することができる。

【００２９】ここで、用いることのできる従来公知の芳
香族テトラカルボン酸二無水物としては、例えばピロメ
リット酸二無水物、3,3',4,4'-ベンゾフェノンテトラカ
ルボン酸二無水物、2,3',3,4'-ベンゾフェノンテトラカ
ルボン酸二無水物、3,3',4,4'-ビフェニルテトラカルボ
ン酸二無水物、2,3',3,4'-ビフェニルテトラカルボン酸
二無水物、2,2',3,3'-ビフェニルテトラカルボン酸二無
水物、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)エーテル二無水
物 、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)スルホン二無水
物、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)ー1,1,1,3,3,3
-ヘキサフルオロプロパン二無水物等が挙げられ、中で
も2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)ー1,1,1,3,3,3-
ヘキサフルオロプロパン二無水物が好ましい。これらは
単独あるいは２種以上混合して用いられる。

【００３０】本発明で用いるポリイミド及びその前駆体
であるポリアミック酸は、用いる芳香族ジアミンと芳香
族テトラカルボン酸二無水物のモル比を理論等量値から
ずらすことで分子量を調節することができる。分子量を
調節することにより、光導波路作成に用いるワニスの粘
度を、濾過や塗布に適した値に調整することができる。

【００３１】なお、モル比を理論等量値からずらす場合
には、過剰のアミノ基あるいは酸無水物基を、過剰分の
アミノ基あるいは酸無水物基の理論等量以上の、芳香族
ジカルボン酸無水物あるいは芳香族モノアミンと反応さ
せて不活性化ことができる。ここで使用されるジカルボ
ン酸無水物としては無水フタル酸等が、芳香族ものアミ
ンとしてはアニリン等が挙げられる。

【００３２】本発明のポリイミド光導波路は、本発明で
用いるポリイミドの前駆体であるポリアミック酸を用い
て成膜し、膜化後ポリイミド化して導波路加工を施すこ
とにより得ることができる。ここで、用いるポリアミッ
ク酸は、ポリイミド化された際に所望の屈折率を有する
よう、予め調整しておく。膜形成にはポリアミック酸の
有機溶媒溶液を基材上にスピンコートする方法が最も一
般的である。この際に用いられる溶媒としては、トリク
ロロエタン、クロロホルム、クロロベンゼン、ジクロロ
ベンゼン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホル
ムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシ
ド、テトラヒドロフラン等が挙げられる。 ポリイミド
前駆体ポリアミック酸は、溶媒の種類の選択と溶液濃度
の調整により、薄膜の形成工程に対応した適当な粘性、
重ね塗り特性を得ることができる。

【００３３】本発明のポリイミド光導波路は、より具体
的には、以下に示すような方法で製造される。すなわ
ち、所望の比屈折率差に調整されたコア用／クラッド用
ポリアミック酸（ポリイミド前駆体）を用意し、まず、
スピンコート法によりクラッド用ポリアミック酸溶液か
ら基板にクラッド膜を作製、２００℃以上で加熱硬化し
ポリイミド下層クラッドを形成する。次いで、この上に
コア用ポリアミック酸を塗布し加熱ポリイミド化する。
次に、コア層の上にエッチングマスクとなる層を形成
し、フォトリソグラフィー等により導波路パタンに加工
する。エッチングマスクの材料としては、有機フォトレ
ジスト又は金属等が用いられる。次に、エッチングマス
ク越しにコア層を反応性イオンエッチングすることによ
り所望の導波路パターンを形成することができる。この
方法は、特に、シングルモード光導波路の作製に有効で
あり、作製時間を十分確保できる場合にはマルチモード
光導波路の作製にも有効である。

【００３４】ここで、本発明で用いるポリイミドは、加
熱硬化後は前述の溶媒に不溶化するため、ポリイミド層
上にポリアミック酸の有機溶剤溶液を塗布した際に、溶
解、膨潤やクラック発生を起こさない。なお、積層時に
溶解、膨潤やクラック発生を起こした場合には、導波路
形状が設計寸法より小さくなったり、コアとクラッドと
の間の屈折率差や界面が乱れ、光が散乱することにより
損失が増大する。

【００３５】以上、説明した特徴を有しかつ説明した方
法により作製された光導波路は、加工性・光学特性（透
明性・光学等方性）・耐熱性をすべて満足する理想的な
高分子光導波路である。

【００３６】

【実施例】本発明を実施例により、以下において更に具
体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されな
い。実施例中の各評価方法を以下に示す。

【００３７】 ガラス転移温度（Ｔｇ） ＤＳＣ（示差走査型熱量計、セイコー電子工業社性・Ｅ
ＸＳＴＡＲ６２００）により、２５℃から４３０℃まで
昇温速度１０℃／分で測定した。

【００３８】損失量・屈折率・複屈折率 プリズムカプラ（ＭＥＴＲＩＣＯＮ社プリズムカプラ２
０１０）により、１３００ｎｍで測定した。

【００３９】 耐薬品性１（無応力化での耐薬品性） ガラス板から剥離したポリイミドフリーフィルムを、室
温で３０分間Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドに漬け込ん
だ後、溶解・膨潤・クラック発生の有無を目視観察し
た。

【００４０】 耐薬品性２（残留応力下での耐薬品
性） シリコンウェハー上の膜厚８μｍのポリイミド塗膜上
に、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドを滴下した際の、ク
ラック発生の有無を目視観察した。

【００４１】なお、実施例の表中、用いたジアミン及び
テトラカルボン酸は、以下の略号で示す。 ３，３’−ＤＡＳＯ２：３，３’−ジアミノジフェニル
スルホン ４，４’−ＯＤＡ：４，４’−ジアミノジフェニルエー
テル ３，４’−ＯＤＡ：３，４’−ジアミノジフェニルエー
テル ３，３’−ＯＤＡ：３，３’−ジアミノジフェニルエー
テル ｐｐ−ＡＰＢ：１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）
ベンゼン ｐｍ−ＡＰＢ：１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）
ベンゼン ｍｍ−ＡＰＢ：１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）
ベンゼン ｍＢＰ：４，４’−ビス（３−アミノフェノキシ）ビフ
ェニル ｍＢＳ：ビス（４−（３−アミノフェノキシ）フェニ
ル）スルホン ＴＦＤＢ：２，２’−ビス（トリフルオロメチル）−
４，４’−ジアミノビフェニル ＡＰＢ−ＣＦ３：１，３−ビス（３−アミノフェノキ
シ）−４−トリフルオロメチルベンゼン ＰＭＤＡ：ピロメリット酸二無水物 ＢＰＤＡ：３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカル
ボン酸二無水物 ＯＤＰＡ：ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エー
テル二無水物 ６ＦＤＡ：２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニ
ル）ー１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパ
ン二無水物

【００４２】

【実施例１】撹拌機、窒素導入管、温度計を備えたフラ
スコに、３，３’−ジアミノジフェニルスルホン１００
ｍｍｏｌ、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド２１７ｇを装
入し、窒素雰囲気下３０分間撹拌して溶解した。その
後、３，３’、４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸
二無水物９８ｍｍｏｌを溶液温度の上昇に注意しながら
分割して加え、室温で６時間攪拌し、ポリアミック酸濃
度２０重量％のワニスを得た。得られたワニスの一部を
ガラス板上にキャストし、窒素気流下で１００℃、２０
０℃でそれぞれ１０分、２５０℃で３０分間加熱、脱溶
媒・イミド化し、ガラス板から剥離してポリイミドフリ
ーフィルムを得た。得られたフィルムのＴｇ（ガラス転
移温度）と耐薬品性１（無応力下での耐薬品性）を表１
に示す。得られたワニスの一部をシリコンウェハー上に
スピンコートし、窒素気流下で１００℃、２００℃でそ
れぞれ１０分、２５０℃で３０分間加熱し、脱溶媒・イ
ミド化したポリイミド塗膜を得た。この際、得られる塗
膜の膜厚が８μｍとなるようスピンコーターの回転数を
調整した。得られたシリコンウェハー上のポリイミド塗
膜の１３００ｎｍでの損失量・屈折率・複屈折率をプリ
ズムカプラにより測定した。また、この塗膜の耐薬品性
２（残留応力下での耐薬品性）を、塗膜にＮ，Ｎ−ジメ
チルアセトアミドを滴下した際のクラック発生の有無の
目視観察により評価した。結果を表１に示す。

【００４３】

【比較例１〜２１】表１に示す各種芳香族ジアミン及び
酸無水物を用い、実施例１と同様にして各種ポリアミド
酸ワニスを得、実施例１と同様にして、フィルム及び塗
膜を作成した。得られたフィルム及び塗膜の物性を表１
に示す。実施例１及び比較例１〜２１より、本発明で用
いる式（化１）で表される繰り返し構造単位を有する芳
香族ポリイミドのみが、２６０℃以上の優れた耐熱性、
損失量１ｄＢ／ｃｍ未満の優れた透明性、複屈折率０．
０１以下の優れた光学的等方性と耐薬品性を兼ね備えて
いることが判る。

【００４４】

【実施例２〜８、比較例２２〜２４】各種芳香族ジアミ
ン及び酸無水物を表２〜４に示す量用い、実施例１と同
様にして各種ポリアミド酸ワニスを得、実施例１と同様
にして、フィルム及び塗膜を作成した。得られたフィル
ム及び塗膜の物性を表２〜４に示す。

【００４５】

【実施例９】実施例１で得られたポリアミド酸ワニスか
ら得られるポリイミドをコア材とし、実施例２で得られ
たポリアミド酸ワニスから得られるポリイミドをクラッ
ド材としてシングルモード光導波路を作成した。ここ
で、実施例１で得られたポリアミド酸ワニスをワニス
Ａ、実施例２で得られたポリアミド酸ワニスをワニスＢ
とする。まず、ワニスＢをシリコンウェハー上にスピン
コート、窒素気流下で１００℃、２００℃でそれぞれ１
０分、２５０℃で３０分間加熱イミド化し、下部クラッ
ド層とした。この際、膜厚が１５μｍとなるようにスピ
ンコータの回転数を調整した。次いで、この上にワニス
Ａをスピンコート、加熱イミド化し、コア層とした。ス
ピンコータの回転数は、コア層の膜厚が８μｍとなるよ
うに調整した。この際、下部クラッド層に膨潤、溶解、
クラック発生といった問題は全く見られなかった。続い
てフォトリソグラフィーとエッチングにより直線状の導
波路マスクパターンを形成した。更に、反応性イオンエ
ッチングにより、マスクパターン以外の部分のコア層を
除去し、幅８μｍ、高さ８μｍの矩形のコアリッジを形
成した。この上にワニスＢを塗布、加熱イミド化して、
コア／クラッド構造からなる埋め込み型チャネル光導波
路を作製した。上部クラッドの厚さはコアの上面から８
μｍとなるようにした。この際、コアリッジ及び下部ク
ラッド層と上部クラッド層との間で溶解、膨潤、クラッ
ク発生といった問題は全く見られなかった。この光導波
路をダイシングソーによって５ｃｍの長さに切り出し、
波長１．３μｍ、１．５５μｍで損失を測定したとこ
ろ、ともに１ｄＢ／ｃｍ以下であった。

【００４６】

【実施例１０】実施例７で得られたポリアミド酸ワニス
をワニスＡ、実施例１で得られたポリアミド酸ワニスを
ワニスＢとし、実施例９と同様にして埋め込み型チャネ
ル光導波路を作成した。積層時に、クラッド層同士の界
面及びコアリッジに溶解、膨潤、クラック発生といった
問題は全く見られなかった。得られた光導波路の損失を
波長１．３μｍ、１．５５μｍで測定したところ、とも
に１ｄＢ／ｃｍ以下であった。

【００４７】

【比較例２５】比較例１９で得られたポリアミド酸ワニ
スをワニスＡ、比較例１７で得られたポリアミド酸ワニ
スをワニスＢとし、実施例９と同様にして埋め込み型チ
ャネル光導波路を作成した。積層時に、クラッド層同士
の界面及びコアリッジが膨潤する傾向が見られた。得ら
れた光導波路の損失を波長１．３μｍで測定したところ
１．５ｄＢ／ｃｍ、波長１．５５μｍで測定したところ
３．０ｄＢ／ｃｍであり、比較例１９の積層していない
場合に比べ、損失が増大していた。このことから、、積
層時にコアとクラッドとの間の屈折率差や界面が乱れ、
光が散乱していることが予想される。

【００４８】

【実施例１１】実施例１で得られたポリアミド酸ワニス
をワニスＡ、実施例５で得られたポリアミド酸ワニスを
ワニスＢとし、実施例９と同様にしてコア口径４０μｍ
×４０μｍのマルチモード光導波路を作成した。積層時
に、クラッド層同士の界面及びコアリッジに溶解、膨
潤、クラック発生といった問題は全く見られなかった。
長さ５ｃｍのマルチモード直線光導波路について、波長
８５０ｎｍの光透過モードでニアフィールドパターンを
観察したところ、コア部分のみがマルチモード導波特有
のパターンで明るく光ることを確認した。更に、この波
長での光伝搬損失を測定したところ、１．０ｄＢ／ｃｍ
以下であった。

【００４９】

【表１】

【００５０】

【表２】

【００５１】

【発明の効果】本発明のポリイミド光導波路は、加工性
・光学特性（透明性・光学等方性）・耐熱性をすべて満
足する理想的な高分子光導波路である。本発明は、光通
信、光情報処理、微小光学あるいはその他の一般光学の
分野で用いられる種々の光導波路デバイス（光スイッ
チ、光フィルタなど）、光集積回路、又は、光配線板等
に広く適用できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大川 祐一 千葉県袖ヶ浦市長浦580−32 三井化学株 式会社 (72)発明者 玉井 正司 千葉県袖ヶ浦市長浦580−32 三井化学株 式会社 Ｆターム(参考） 2H047 QA05 QA07 TA00 TA35 4J043 PA02 PA04 PA05 PC146 QB26 QB31 RA34 RA35 SA06 TA14 TA22 UA121 UA122 UA131 UA132 UA141 UA151 UB021 UB022 UB121 UB122 UB151 UB152 UB281 UB282 UB301 UB302 ZB21

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 化学式（１）（化１）で表される繰り返
   し構造単位８０〜１００モル％、及び、化学式（２）
   （化１）又は化学式（３）（化１）で表される繰り返し
   構造単位０〜２０モル％を含んでなるポリイミドを、光
   学コア及び／又は光学クラッドとして用いることを特徴
   とするシングルモード又はマルチモードの高分子光導波
   路（化学式（２）において、Ｘは、化学式（４）（化
   ２）で表される２価の芳香族基を表し、化学式（３）に
   おいて、Ｙは、化学式（５）（化２）で表される４価の
   芳香族基を表し、化学式（４）及び化学式（５）におい
   て、Ｒは、化学式（６）（化２）で表される２価の基を
   表す。）。 【化１】 【化２】
2. 【請求項２】 化学式（４）（化２）及び／又は化学式
   （５）（化２）において、芳香環の水素原子の少なくと
   も一部が、トリフルオロメチル基で置換されたものであ
   る請求項１に記載した高分子光導波路。