JP2005300652A - 光導波路及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 挿入損失及びＰＤＬが小さいポリマー光導波路フィルムを提供すること。
【解決手段】 下部クラッド（屈折率ｎ₁）、コア（屈折率ｎ₂）、少なくとも前記下部クラッド上部表面及び前記コア側部表面を覆うように形成された第１上部クラッド（屈折率ｎ₃）及び前記第１上部クラッド及び前記コア上に形成された第２上部クラッド（屈折率ｎ₄）を有するポリマー光導波路フィルムであって、ｎ₁、ｎ₂、ｎ₃及びｎ₄が下記の関係を満たすことを特徴とするポリマー光導波路フィルム；ｎ₂＞ｎ₃＞ｎ₁≧ｎ₄。
【選択図】 なし

Description

本発明は、ポリマー光導波路フィルム及びその製造方法に関する。

近年のパソコンやインターネットの普及に伴い、情報伝送需要が急激に増大している。このため、伝送速度の速い光伝送を、パソコン等の末端の情報処理装置まで普及させることが望まれている。これを実現するには、光インターコネクション用に、高性能な光導波路を、安価かつ大量に製造する必要がある。

光導波路の材料として、従来より樹脂を用いたものが知られているが、ガラス転移温度（Ｔｇ）が高く、耐熱性に優れるポリイミドが特に期待されている。ポリイミドを用いて光導波路のコア及びクラッドを形成した場合、長期信頼性が期待でき、半田付けにも耐えることができる。
このようなポリマー光導波路は、例えば、シリコン等の基板上に、クラッド層を形成し、このクラッド層をコア形状にエッチングして、これにコア用樹脂膜を塗布、形成し、さらに形成されたコア上部に下部及び側面部と同じ材料のクラッド層を設けることにより製造される（図３参照）。
このように基板上に形成されたポリマー光導波路から基板を剥がしてフィルム状の光導波路としたものは、柔軟性に優れるため、例えば、従来の光導波路では実現できなかった曲線部を有する接続素子として使用されるなど、活用の場面が広がっている。
しかし、このような基板を有さないフィルム状のポリマー光導波路において、ＴＭ光に対する伝搬損失がＴＥ光に対する損失よりも大きくなってしまう、いわゆる偏波依存性損失（ＰＤＬ：polarization dependent loss）が見られ、結果として挿入損失の変動が見られた。
従来、基板上に製造されたポリマー光導波路において、導波路の伝搬損失が光の偏光方向によって異なるＰＤＬが発生することが知られており、その発生原因は、膨張係数の異なる無機基板上に作製されたポリマー樹脂膜が複屈折を示すためだと考えられている（特許文献１参照）。すなわち、ポリマー材料の熱膨張係数は、Ｓｉなどの基板材料の値より１桁以上の大きな値であるため、基板上にポリマー材料が積層されたポリマー光導波路では内部応力が発生し、この内部応力によりＰＤＬが発生すると考えられる。これに対し、基板を剥離したフィルム状のポリマー光導波路では上記内部応力が開放されるから、理論的にはＰＤＬの発生はほとんど無いと考えられる。しかし、フィルム状のポリマー光導波路においてもＰＤＬが発生することが今回見出された。

特開平１１−１３３２５４号公報

従って、本発明は、ＰＤＬが小さくかつ挿入損失が小さいポリマー光導波路フィルムを提供することを目的とする。

上記課題は、下記のポリマー光導波路フィルムにより解決されることが見出された。すなわち、本発明のポリマー光導波路フィルムは、下部クラッド（屈折率ｎ₁）、コア（屈折率ｎ₂）、少なくとも前記下部クラッド上部表面及び前記コア側部表面を覆うように形成された第１上部クラッド（屈折率ｎ₃）及び前記第１上部クラッド及び前記コアより上部に形成された第２上部クラッド（屈折率ｎ₄）を有するポリマー光導波路フィルムであって、ｎ₁、ｎ₂、ｎ₃及びｎ₄が下記の関係を満たすことを特徴とするポリマー光導波路フィルム：ｎ₂＞ｎ₃＞ｎ₁≧ｎ₄、である

本発明はまた、
基板上に、下部クラッド（屈折率ｎ₁）を形成する第１の工程、
前記下部クラッド上にコア（屈折率ｎ₂）を形成する第２の工程、
少なくとも前記下部クラッド上部表面及び前記コア側部表面を覆うように、第１上部クラッド（屈折率ｎ₃）を形成する第３の工程、及び
前記第１上部クラッド及び前記コアより上部に第２上部クラッド（屈折率ｎ₄）を形成する第４の工程、
基板から、下部クラッド、コア、第１上部クラッド及び第２上部クラッドを含むポリマー光導波路を剥離する第５の工程、
（ここで、ｎ₂＞ｎ₃＞ｎ₁≧ｎ₄である）
を含む、ポリマー光導波路フィルムの製造方法、に関する。

本発明によれば、ＰＤＬが小さく、結果として挿入損失の最大値が小さいポリマー光導波路フィルム及びその製造方法を提供することができる。

本発明のポリマー光導波路フィルムについて説明する。
本発明のポリマー光導波路フィルムは、下部クラッド（屈折率ｎ₁）、コア（屈折率ｎ₂）、少なくとも前記下部クラッド上部表面及び前記コア側部表面を覆うように形成された第１上部クラッド（屈折率ｎ₃）及び前記第１上部クラッド及び前記コアより上部に形成された第２上部クラッド（屈折率ｎ₄）を有するポリマー光導波路フィルムであって、ｎ₁、ｎ₂、ｎ₃及びｎ₄が下記の関係を満たすことを特徴とするポリマー光導波路フィルム：ｎ₂＞ｎ₃＞ｎ₁≧ｎ₄、である。

本明細書において、ポリマー光導波路フィルムは、クラッド及びコア、若しくはクラッド及びコアのいずれかがポリマー材料からなる光導波路であり、基板部分を含まないものをいう。

本明細書において、下部クラッドとは、コアの底面部に接するクラッド層であり、例えば、図１に示される本発明の実施態様の光導波路において記号２で表される層である。本明細書において下部クラッドのポリマー樹脂の屈折率をｎ₁で表す。

本明細書において、第１上部クラッドとは、少なくとも下部クラッド上部表面とコア側部表面を覆うように形成されたクラッド層であり、例えば、図１に示される本発明の実施態様において記号４で表される層である。第１上部クラッドはコアと同じ高さに形成されてコア上部表面に存在しなくてもよい。すなわち、コア上部表面に直接第２上部クラッドが積層されていてもよい。または、第１上部クラッドはコアの高さより高く形成されてコア上部表面を覆っていてもよい。コア上部表面を覆っている場合には、第１上部クラッドのコア上の厚さは、コア高さの１／３以下であることが好ましく、さらに２μｍ以下であることが好ましい。すなわちコア上の第１上部クラッドの高さは、コア上部表面から、コア高さの１／３以下の高さであることが好ましく、さらに２μｍ以下であることが好ましい。第１上部クラッドのコア上の厚さが厚くなりすぎると、コアの上下方向の屈折率分布構造の非対称性が顕著になり、ＰＤＬが大きくなる傾向がみられ好ましくない。また、挿入損失を小さくするためには第１上部クラッドの表面はコア上部表面と平行な平面であることが好ましい。本明細書において第１上部クラッドのポリマー樹脂の屈折率をｎ₃で表す。

第２上部クラッドとは、コア上部表面を第１上部クラッドが覆っていない場合には、コア上部表面及び第１上部クラッド上部表面を覆うように形成されたクラッド層であり、例えば、図１において記号５で表される層である。また、コア上部表面が第１上部クラッドで覆われている場合には、第２上部クラッドは第１上部クラッド上に形成された層である。本明細書において第２上部クラッドのポリマー樹脂の屈折率をｎ₄で表す。下部クラッドの屈折率ｎ₁と第２上部クラッドの屈折率ｎ₄は異なっていても良いが、両者の差異は小さい方が好ましく、同じであることが更に好ましい。下部クラッドと第２上部クラッドとの屈折率が大きく異なると、コアの上下方向の屈折率分布構造の非対称性が顕著になり、このためモードフィールド形状が非対称となる。本発明の光導波路を光ファイバと接合して使用する場合には、光導波路と光ファイバのモードフィールドの非対称性が大きくなると光ファイバとの結合損失が増大し、挿入損失の増大を招く虞がある。また、第１上部クラッドがコア上に薄く存在する場合には、コア上方の屈折率は、第１上部クラッドの屈折率及びコア上厚さに従って影響を受けるから、これを考慮して、光導波路のモードフィールドの対称性を確保できるように、下部クラッドと第２上部クラッドの屈折率にわずかの差異を生じさせておくことが好ましい。
また、本明細書においてコア３の屈折率をｎ₂で表す。

コアの高さおよび／または幅は２μｍ〜１０μｍ程度である。コアのサイズ、クラッドの厚さは、それぞれの屈折率の値を考慮して適宜選択される。例えば、本発明の光導波路を光ファイバと接合して使用する場合には、光導波路と光ファイバのモードフィールドが近似していることが結合損失の低減のために有効である。したがって、光導波路のモードフィールドの大きさ及び形状が光ファイバのそれらと近似するように選択することがで、結合損失が低減し、挿入損失を低減することができる。
下部クラッド、第１上部クラッド、第２上部クラッドの厚さは、以上のように適宜選択されるものであるが、例えば、５μｍ〜３０μｍ程度（下部クラッド）、４μｍ〜１７μｍ程度（第１上部クラッド）、及び５μｍ〜３０μｍ程度（第２上部クラッド）であってもよい。

本発明のポリマー光導波路フィルムにおいて、コアと第１上部クラッドとの屈折率差、すなわち（ｎ₂−ｎ₃）はコアの屈折率ｎ₂に対して０．２％より小さく、かつコアと下部クラッドまたは第２上部クラッドとの屈折率差、すなわち（ｎ₂−ｎ₁）または（ｎ₂−ｎ₄）はコアの屈折率ｎ₂に対して０．５％より小さいことが好ましい。すなわち、ｎ₁、ｎ₂、ｎ₃及びｎ₄が下記の関係を満たすことが好ましい：（ｎ₂−ｎ₃）／ｎ₂＜０．００２、（ｎ₂−ｎ₁）／ｎ₂＜０．００５、（ｎ₂−ｎ₄）／ｎ₂＜０．００５、ただしｎ₂＞ｎ₃＞ｎ₁≧ｎ₄。このような関係を満たす屈折率を有するポリマー光導波路の挿入損失及びＰＤＬが更に低下することが見出された。また、このような関係を満たす屈折率を有するポリマー光導波路では比較的大きなコアを作製してもマルチモードにならないという利点があり、結果として光ファイバ等との結合損失を低下させることができる。
また、交差型光導波路等の一定の光導波路の場合には、ｎ₂とｎ₁の屈折率差が小さい方が光導波路の交差部分における光の損失が小さい。従って、このような観点から、本発明の光導波路フィルムにおいて、（ｎ₂−ｎ₁）／ｎ₂＜０．００５であることが特に好ましい。

また光導波路に光ファイバを接続して使用する場合、光ファイバ中心とコアとの位置ずれが±１μｍ程度の範囲で起こり得るが、このような場合にも結合損失をできるだけ低く抑制できる光導波路が望ましい。本発明のポリマー光導波路フィルムは、光ファイバと接続する場合、光ファイバ中心とコアとの位置ずれが起こった場合にも、従来のものに比べて結合損失を比較的低く抑制できるという利点を有する。
特に、コア左右（水平）方向に対する位置ずれに対しての裕度が拡大する利点を有している。例えば、本発明の光導波路が複数本並列に並んだ端面において、光ファイバアレイなどと接続する場合、光ファイバアレイのピッチ誤差とポリマ光導波路のピッチ誤差との許容範囲が大きくなる。また、例えば、本発明の光導波路の端部において、光ファイバ接続用のガイド溝が配置されている場合には、光導波路の中心軸とガイド溝の中心軸との位置ずれ誤差の許容範囲が大きくなる。

本発明のポリマー光導波路フィルムにおいて具体的なコア及び各クラッドの屈折率の範囲は、入力波長やコア及びクラッド材料等により異なるが、一例を挙げると、コア及びクラッド材料として特定のフッ素化ポリイミド樹脂を用いて、１．３１μｍの入力波長で測定した場合、ｎ₁＝ｎ₄＝１．５２４〜１．５２１、ｎ₂＝１．５２８〜１．５３０、ｎ₃＝１．５２５〜１．５２７である。

本発明の実施態様において、コア材料並びに下部及び上部クラッド材料のポリマーの具体例としては、ポリイミド系樹脂（例、ポリイミド樹脂、ポリ（イミド・イソインドロキナゾリンジオンイミド）樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエステルイミド樹脂等）、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、フェノール系樹脂、ポリキノリン系樹脂、ポリキノキサリン系樹脂、ポリベンゾオキサゾール系樹脂、ポリベンゾチアゾール系樹脂、ポリベンゾイミダゾール系樹脂、及びフォトブリーチング用樹脂（例、特開２００１−２９６４３８号公報記載のポリシラン、ニトロン化合物を有するシリコーン樹脂、ＤＭＡＰＮ｛（４−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルニトロン｝を含有するポリメタクリル酸メチル、ダイポリマー（dye polymer）、ニトロン化合物を含有するポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂、特開２０００−６６０５１号公報記載の加水分解性シラン化合物等）が挙げられる。上記樹脂はフッ素原子を有しているものであってもよい。ポリマーとして好ましいものとしては、ガラス転移温度（Ｔｇ）が高く、耐熱性に優れることからポリイミド樹脂が挙げられ、その中でもフッ素化ポリイミド樹脂が特に好ましい。

フッ素化ポリイミド樹脂の中でも特に、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または４，４’−オキシジアニリンから合成されるポリイミド樹脂が好ましい。
本発明のポリマー光導波路フィルムにおいてコア及びクラッドの屈折率は、上記樹脂の種類を適宜変更することにより変化させることができ、これにより本発明の一定の式を満たす屈折率を有するコア及びクラッドからなるポリマー光導波路フィルムを製造することができる。

上述した本発明のポリマー光導波路フィルムは、
基板上に、下部クラッド（屈折率ｎ₁）を形成する第１の工程、
前記下部クラッド上にコア（屈折率ｎ₂）を形成する第２の工程、
少なくとも前記下部クラッド上部表面及び前記コア側部表面を覆うように、第１上部クラッド（屈折率ｎ₃）を形成する第３の工程、及び
前記第１上部クラッド及び前記コアより上部に第２上部クラッド（屈折率ｎ₄）を形成する第４の工程、
基板から、下部クラッド、コア、第１上部クラッド及び第２上部クラッドを含むポリマー光導波路を剥離する第５の工程、
（ここで、ｎ₂＞ｎ₃＞ｎ₁≧ｎ₄である）
を含む、ポリマー光導波路フィルムの製造方法により製造することができる。

また、本発明のポリマー光導波路フィルムは好ましくは、
基板上に、下部クラッド材料溶液を塗布、乾燥して下部クラッド（屈折率ｎ₁）を形成する第１の工程、
前記下部クラッド上にコア材料溶液を塗布してコア層を形成し、前記コア層を光導波路形状にパターニングしてコア（屈折率ｎ₂）を形成する第２の工程、
前記下部クラッド上部表面及び前記コア側部表面を覆うように、第１上部クラッド材料溶液を塗布、乾燥して第１上部クラッド（屈折率ｎ₃）を形成する第３の工程、及び
前記第１上部クラッド及び前記コア上に第２上部クラッド材料溶液を塗布、乾燥して第２上部クラッド（屈折率ｎ₄）を形成する第４の工程、
基板から、下部クラッド、コア、第１上部クラッド及び第２上部クラッドを含むポリマー光導波路を剥離する第５の工程、
を含む、ポリマー光導波路フィルムの製造方法により製造することができる。
ここで、ｎ₂＞ｎ₃＞ｎ₁≧ｎ₄であり、より好ましくは、ｎ₁、ｎ₂、ｎ₃及びｎ₄が下記の関係：
（ｎ₂−ｎ₃）／ｎ₂＜０．００２、（ｎ₂−ｎ₁）／ｎ₂＜０．００５、（ｎ₂−ｎ₄）／ｎ₂＜０．００５、ただしｎ₂＞ｎ₃＞ｎ₁≧ｎ₄を満たす。

本発明の製造方法において使用される基板はいずれのものでもよいが、例としては、ガラス、石英、シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化タンタル、ガリウムヒ素等の無機材料基板が挙げられる。
上記製造方法において、コア層を光導波路形状にパターニングするとは、コア層をコア（光導波路）形状に形成することを意味する。具体的には、例えば、感光性レジスト等の層をコア層上に設けた後、コア形状のパターンを用いて像露光、現像等をすることによりコア形状のレジストをコア層上に形成し、このレジストパターンをマスクとして用いてコア層を例えばエッチングにより不要部分を除去し、コアを得ることを意味し、その後レジストを除去することも含む。

本発明の好ましい実施態様では、上記製造方法の第３の工程が、さらにコア上部表面を覆うように第１上部クラッドを形成することを含む。より具体的には、上記製造方法の第３の工程において、コア上部を完全に覆うまで第１上部クラッド材料溶液を塗布することをさらに含む。また、第３の工程において、乾燥後のコア上の第１上部クラッドの厚さが２μｍより厚い場合には、第１上部クラッドをコア上部表面から少なくとも２μｍの高さまで除去してもよい。また、第３の工程において、コア上部を覆っている第１上部クラッドをコア上部表面が露出するまで除去してもよい。第１上部クラッドのコア上の厚さが２μｍより厚くなると、ＰＤＬが大きくなり好ましくない。また、挿入損失を小さくするためには第１上部クラッドの表面はコア上部表面と平行な平面であることが好ましいが、エッチング、研磨等の方法により第１上部クラッドの一部を除去することにより第１上部クラッド上部を平面に加工することができる。

なお、上述したポリマー光導波路フィルムの製造方法は、一例であり、その他当業者に知られている様々な方法により製造できることは当然である。例えば、上述した本発明のポリマー光導波路フィルムは、基板上に、下部クラッド材料溶液を塗布、乾燥して下部クラッド（屈折率ｎ₁）を形成する第１の工程、前記下部クラッド上部表面を覆うように、第１上部クラッド材料溶液を塗布、乾燥して第１上部クラッド材料からなる層（第１上部クラッド層）を形成する第２の工程、前記第１上部クラッド層を光導波路形状にパターニングしてエッチングを行ないコアのための溝部分を設け、第１上部クラッド（屈折率ｎ₃）を形成する第３の工程、コア材料溶液を前記コアのための溝部分に流し入れ、乾燥してコア（屈折率ｎ₂）を形成する第４の工程、及び前記第１上部クラッド及び前記コア上に第２上部クラッド材料溶液を塗布、乾燥して第２上部クラッド（屈折率ｎ₄）を形成する第５の工程、基板から、下部クラッド、コア、第１上部クラッド及び第２上部クラッドを含むポリマー光導波路を剥離する第６の工程、を含む、ポリマー光導波路フィルムの製造方法により製造することができる。

以下本発明のポリマー光導波路フィルムの製造方法の一つの実施態様について図１及び図２を用いて説明する。下記例はコア及びクラッド材料としてポリイミド樹脂を使用した場合である。図１は、本発明のポリマー光導波路フィルムの模式的斜視図を示す。図２は、図１の光導波路のＩ−Ｉ’断面図である。図１及び２において、光導波路は、下部クラッド２と、その上に搭載されたコア３、コア３の側面部に形成された第１上部クラッド４及びコア３と第１上部クラッド４の上に形成された第２上部クラッド５とを備えている。

以下に使用するコア、下部クラッド、第１上部クラッド及び第２上部クラッドの各材料の屈折率は上述した式を満たすものを使用する。
まず、シリコン基板１の上面全体に、下部クラッド用ポリイミド前駆体溶液を塗布して材料溶液膜を形成し、これを加熱乾燥して溶媒を蒸発させ、続いてさらに高温で加熱して樹脂を硬化させ、ポリイミド樹脂膜からなる下部クラッド２を形成する。下部クラッド用ポリイミド前駆体溶液の塗布は、例えばスピンコート法等により行われる。

この下部クラッド２の上に、コア用ポリイミド前駆体溶液を塗布して材料溶液膜を形成し、これを加熱乾燥して主に溶媒を蒸発させ、続いてさらに高温で加熱して樹脂を硬化させ、ポリイミド樹脂膜からなるコア層を形成する。塗布方法としては、下部クラッド用ポリイミド前駆体溶液の塗布方法と同様の方法が挙げられる。

このコア層の上にレジストをスピンコーターにより塗布し、乾燥後、像露光、現像することにより、レジストパターン層を形成する。このレジストパターン層は、コア層をコアの形状に加工するためのマスクとして用いられる。
このレジストパターン層をマスクとして、ポリイミド樹脂膜からなるコア層を酸素を主成分とするガスでリアクティブイオンエッチング（Ｏ₂−ＲＩＥ）することにより、コア３を得ることができる。その後、レジストパターン層を剥離する。
コア形成にあたっては、要求される寸法精度によって、工法を選択する必要がある。一般に、高精度を必要とされる場合には、ウェットエッチングよりもドライエッチングの方がよい。ドライエッチングの場合には、コア側面の表面粗さが粗くなることがある。表面の粗さが粗い場合であって、特に、粗さが使用波長の１／２０以上である場合には、散乱損失の原因となることがある。上記散乱損失は、界面の両側の屈折率の差が大きい場合ほど顕著になる。また、表面粗さが粗いほど顕著になる。そこで、散乱損失を低減するためには、エッチングによって形成された表面の粗さ小さくなるような工法を選択することが有効である。エッチバック表面の粗さを低減することが困難な場合にあっては、その界面の両側の層の屈折率の差を小さくすることが散乱損失低減に有効である。本発明の光導波路の構成においては、コアと第１上部クラッドがコア側面において界面を形成することになり、従来の構成に比べて界面の両側の層の屈折率の差が小さくなる特徴を有しており、上記散乱損失を低減し、挿入損失の低減ができる利点がある。

次に、コア３及び下部クラッド２を覆うように、第１上部クラッド用ポリイミド前駆体溶液を塗布する。塗布方法は上述した方法が挙げられる。
次いで、第１上部クラッド用ポリイミド前駆体溶液の膜を加熱乾燥して溶媒を蒸発させ、続いてさらに高温で加熱して樹脂を硬化させ、第１上部クラッド用ポリイミド樹脂膜を形成する。

さらに、第１上部クラッド用ポリイミド樹脂膜を例えばエッチングを行って除去し（以下、エッチバックともいう）、クラッド用ポリイミド樹脂膜からなる第１上部クラッド４を形成する。第１上部クラッド用ポリイミド樹脂膜の除去は、コア３の上部表面から少なくとも２μｍの高さまで行うことが好ましく、より好ましくはコア３の上部表面が露出するまで行う。図２は、コア３の上部表面が露出するまで除去して形成した場合を示している。

その後第２上部クラッド用ポリイミド樹脂膜を第１上部クラッド４及びコア３の上に塗布し、乾燥及び加熱硬化して第２上部クラッド５を形成する。なお、コア３の上部表面が露出していず、第１上部クラッド４によりコアが覆われている場合には、第２上部クラッド用ポリイミド樹脂膜を第１上部クラッド４上に塗布し、乾燥及び加熱硬化して第２上部クラッド５を形成する。
第１上部クラッドを形成してエッチバックした後、第２上部クラッドを形成する場合においては、エッチバックの工法によっては以下の点に留意することが好ましい。エッチバックにより形成された表面の粗さが粗い場合であって、特に、粗さが使用波長の１／２０以上である場合には、散乱損失の原因となることがある。上記散乱損失は、界面の両側の屈折率の差が大きい場合ほど顕著になる。また、表面粗さが粗いほど顕著になる。そこで、散乱損失を低減するためには、エッチバックされた表面の粗さが小さくなるような工法を選択することが有効である。エッチバック表面の粗さを低減することが困難な場合にあっては、その界面の両側の層の屈折率の差を小さくすることが散乱損失低減に有効である。本発明の場合には、第１上部クラッドを厚めに形成しておき、後に全体をエッチバックすることができるが、このエッチバックにより、コア上面を露出させる位置までエッチバックすると、上記散乱損失の大きさは、コアと第２上部クラッドとの屈折率差によって支配される。一方、コア上面が露出する直前（２μｍ以下の第１上部クラッドがコア上に残存する程度）の位置までエッチバックした場合には、上記散乱損失の大きさは、第１上部クラッドと第２上部クラッドとの屈折率差によって支配される（コアと第１上部クラッドとの界面については、コア上面がエッチング面ではなく、スピンコート成膜面であるため、表面粗さは非常に小さく、散乱損失は無視し得る程度である）。コアと第２上部クラッドとの屈折率差の方が第１上部クラッドと第２上部クラッドとの屈折率差より大きいので、コア上面を露出させる位置までエッチバックした場合には、上記散乱損失の影響が大きくなる虞がある。
次に、得られたウエハを水に浸漬することにより、基板１と、コア３及びクラッド（２、４、及び５）からなるポリマー光導波路とを剥離する。基板の剥離は通常、水に浸漬することにより行なわれるが、さらに超音波処理を施したり、フッ化水素等の酸に接触させることにより剥離することもできる。また、あらかじめ基板とポリマー光導波路との間に犠牲層として金属（銅）を用い、そのエッチング液で金属（銅）を溶解して剥離する方法が知られている。他にこのような犠牲層とエッチング液との組合せに関する事例として、例えば、Patrick J. French, MEMS/MOEMS Technology Capabilities and Trends, p.16, MEMS and MOEMS Technology and Applications, Ed. P. Rai-Choudhury, SPIE, 2000に記載がある。ただし、このような犠牲層を用いる方法では、工程数が増える欠点もある。
以上の様にして、図２に示される断面を有する型のポリマー光導波路フィルムを作成する。

第１上部クラッド用ポリイミド樹脂膜を除去する手段の例としては、ドライエッチング、ウェットエッチング、及び研磨剤による研磨が挙げられる。
ドライエッチングの例としては、プラズマエッチング、反応性イオンエッチング、反応性スパッタエッチング、イオンビームエッチング等が挙げられ、異方性エッチングが可能なことから反応性イオンエッチングが好ましい。これらは、ガス組成、圧力、温度、周波数、出力などが制御因子であり、目的に適した条件を適宜選択すればよい。

ウェットエッチングは、液相を用い、化学反応を利用したエッチングである。例えば、フッ化水素のような酸、水酸化アルカリ、エチレンジアミンのようなアルカリ、過マンガン酸カリウムのような酸化剤が用いられる。反応方式としては、浸漬、流水、スプレー、ジェット、電解などの方法が挙げられ、液組成、ｐＨ、粘度、温度、攪拌条件、処理時間、処理済み面積等が制御因子であり、目的に適した条件を適宜選択すればよい。
本発明では、ポリイミド樹脂を用いているので、水酸化カリウムや水酸化ナトリウムの水溶液、ヒドラジンとイソプロピルアルコールの混合液、エチレンジアミンとピロカテコールの混合水溶液などを加温して用いることができる。

研磨剤による研磨には、コロイダルシリカ、炭酸バリウム、酸化鉄、炭酸カルシウム、シリカ、酸化セリウム、ダイヤモンド等の研磨剤が用いられ、機械的研磨やメカノケミカル研磨方式が利用される。この方法は表面が均一に研磨されるので好ましいが、研磨傷が付かないように注意する必要がある。

なお、本発明のポリマー光導波路フィルムの両面又は片面には、クラッド表面を傷や溶剤等から保護するために耐溶剤性保護層を設けてもよい。このような耐溶剤性保護層を構成するポリマー材料としては、フッ素を含まないポリイミド系樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。クラッドより耐溶剤性に優れたポリマー材料からなる保護層の膜厚は、好ましくは０．５〜１０μｍである。０．５μｍより薄いと保護層にピンホールが発生し、保護層の役割を果たさないことがあり、また、１０μｍより厚いと応力が大きくなり、フィルムがカールするという問題が発生することがある。
耐溶剤性保護層形成用の溶液は、スピナあるいは印刷などによる方法により基板表面上に塗布され、最終温度３５０℃以下で熱処理し硬化されて耐溶剤性保護被膜とされる。

[実施例１]
以下の材料及び条件を用いて、光導波路フィルムＡ及びＢを製造した。
[材料]
コア及びクラッドに用いられたポリイミドは以下の式で表される。

フィルムＡの材料
・下部クラッド用ポリイミド：上記式においてＸ＝０．１１のポリイミド（屈折率ｎ₁＝１．５２２７）
・コア用ポリイミド：上記式においてＸ＝０．２６のポリイミド（屈折率ｎ₁＝１．５２９１）
・第１上部クラッド用ポリイミド：上記式においてＸ＝０．２０のポリイミド（屈折率ｎ₃＝１．５２６７）
・第２上部クラッド用ポリイミド：上記式においてＸ＝０．１１のポリイミド（屈折率ｎ₃＝１．５２２７）
・フォトレジスト：ＲＵ−１６００Ｐ（日立化成工業株式会社製）

フィルムＢの材料
・下部クラッド用ポリイミド：上記式においてＸ＝０．１１のポリイミド（屈折率ｎ₁＝１．５２２７）
・コア用ポリイミド：上記式においてＸ＝０．３０のポリイミド（屈折率ｎ₁＝１．５３０７）
・第１上部クラッド用ポリイミド：上記式においてＸ＝０．２６のポリイミド（屈折率ｎ₃＝１．５２９１）
・第２上部クラッド用ポリイミド：上記式においてＸ＝０．１１のポリイミド（屈折率ｎ₃＝１．５２２７）
・フォトレジスト：ＲＵ−１６００Ｐ（日立化成工業株式会社製）

[製造]
下記製造においてコア用ポリイミド前駆体溶液、及び下部クラッド、第１上部クラッド及び第２上部クラッド用ポリイミド前駆体溶液の塗布はスピンコーターを使用して行った。
まず、シリコン基板１の上面全体に、耐溶剤性保護層形成用の、フッ素を含まないポリイミド樹脂前駆体溶液（日立化成工業（株）製、商品名ＰＩＱ１３）を滴下し、スピン塗布（２０００ｒｐｍ／３０秒）を行なった後にホットプレート（２００℃／５分）で乾燥して耐溶剤製保護層（膜厚約４μｍ）を形成した。その上に、下部クラッド用ポリイミド前駆体溶液を塗布して材料溶液膜を形成し、これを１００℃で３０分、次いで、２００℃で３０分加熱して溶媒を蒸発させ、３７０℃で６０分加熱して硬化させて、下部クラッドポリイミド樹脂膜からなる下部クラッド２を形成した（膜厚は約６μｍ）。この下部クラッド２の上に、コア用ポリイミド前駆体溶液を塗布して材料溶液膜を形成し、これを１００℃で３０分、次いで、２００℃で３０分加熱して溶媒を蒸発させ、さらに３５０℃で６０分加熱して硬化させ、コア用ポリイミド樹脂膜からなるコア層を形成した。

このコア層上にフォトレジストをスピンコーターにより塗布し、乾燥後、露光、現像することにより、レジストパターン層を形成した。
このレジストパターン層をマスクとして、コア用ポリイミド樹脂膜を酸素でリアクティブイオンエッチング（Ｏ₂−ＲＩＥ）することにより、コア３を得た（膜厚は約６μｍ、幅は約６μｍ）。その後、レジストパターン層を剥離した。
次に、コア３及び下部クラッド２を覆うように、第１上部クラッド用ポリイミド前駆体溶液を塗布した。次いで、これを１００℃で３０分、次いで、２００℃で３０分加熱して溶媒を蒸発させ、３７０℃で６０分加熱して硬化させ、第１上部クラッド用ポリイミド樹脂膜を形成した。

さらに、第１上部クラッド用ポリイミド樹脂膜を、コア３の上部表面が露出するまでリアクティブイオンエッチング（Ｏ₂−ＲＩＥ）を行って除去し、第１上部クラッド用ポリイミド樹脂膜からなる第１上部クラッド４を形成した（下部クラッド表面からの膜厚は約６μｍ）。
その後第２上部クラッド用ポリイミド樹脂膜を第１上部クラッド４及びコア３の上に塗布し、１００℃で３０分、次いで、２００℃で３０分加熱して溶媒を蒸発させ、３７０℃で６０分加熱して硬化させ、第２上部クラッド５を形成した（膜厚は約６μｍ）（２層クラッド）。
さらにこの第２上部クラッド層の上に、耐溶剤性保護層形成用の、フッ素を含まないポリイミド樹脂前駆体溶液（日立化成工業（株）製商品名ＰＩＱ１３）を滴下しスピン塗布（２０００rpm／３０秒）を行った後にホットプレート（２００℃／５分）で乾燥して耐溶剤性保護層（膜厚約４μｍ）を形成した。
得られた基板上の光導波路をダイサにより切り出して基板付き光導波路を製造した。基板付き光導波路を水（温度１００℃）に３０分間浸漬すると、光導波路が基板から容易に剥離され、両面に耐溶剤性保護層を有する本発明の光導波路フィルムＡ及びＢがそれぞれ得られた。なお、本発明の光導波路フィルムＡの基板をはずす前のものを基板付き光導波路Ｃ（比較例）とした。

上記基板付き光導波路Ｃの製造において、下部クラッド、第１上部クラッド、及び第２上部クラッド材料を全て同じ材料（実施例１において用いた下部クラッド及び第２上部クラッド材料と同じ材料）を用いて光導波路を作製した（図３参照）。すなわち、ウエハ上に前記クラッド材料からなる下部クラッドと、コア材料からなるコアをフィルムＡと同様に作製した後、下部クラッド表面からの厚さが約１２μｍ（コア上の膜圧が約６μｍ）となるように前記下部クラッドと同じクラッド材料を塗布、乾燥して上部クラッドを形成し（１層クラッド）、基板付き光導波路Ｄ（比較例）を製造した。次に基板を剥離して光導波路フィルムＤ（比較例）を作製した。

評価
上述したように製造した、基板付き光導波路Ｃ、光導波路フィルムＡ及びＢ、基板付き光導波路Ｄ及び光導波路フィルムＤのＰＤＬを測定した。光導波路フィルムＡ、Ｂ及びＤはガラス基板で両面からはさんだ状態で測定を行なった。
ガラスブロックが付いた光ファイバブロックを用い、ファイバブロックの面同士を結合させた状態と、ファイバブロックの面間に光導波路を挿入した状態のそれぞれについて、偏波コントローラを使用して測定波長１．３１μｍにおいて最大損失と最低損失との差を測定して、ＰＤＬをもとめた。測定結果を、表１に示す。

表１

（単位：ｄＢ／ｃｍ）
光導波路フィルムのＰＤＬを非常に小さくすることができた（本発明の光導波路フィルムＡ：０．０４、本発明の光導波路フィルムＢ：０．０５）。なお、光導波路フィルムにおける２層クラッドとしたことによるＰＤＬ低減効果（光導波路フィルムＡ／光導波路フィルムＤ：０．０４／０．２）は、従来の１層クラッドの基板付き光導波路を２層クラッドとしたことによる効果（基板付き光導波路Ｃ／基板付き光導波路Ｄ：０．１／０．３）に比して非常に大きなものであった。

本発明の光導波路の一つの実施態様を示す斜視図である。 本発明の光導波路の一つの実施態様を示す断面図である。 従来の光導波路を示す断面図である。

符号の説明

１・・・シリコン基板
２・・・下部クラッド
３・・・コア
４・・・第１上部クラッド
５・・・第２上部クラッド
６・・・クラッド

Claims (10)

1. 下部クラッド（屈折率ｎ₁）、コア（屈折率ｎ₂）、少なくとも前記下部クラッド上部表面及び前記コア側部表面を覆うように形成された第１上部クラッド（屈折率ｎ₃）及び前記第１上部クラッド及び前記コアより上部に形成された第２上部クラッド（屈折率ｎ₄）を有するポリマー光導波路であって、ｎ₁、ｎ₂、ｎ₃及びｎ₄が下記の関係を満たすことを特徴とするポリマー光導波路フィルム：ｎ₂＞ｎ₃＞ｎ₁≧ｎ₄。
2. ｎ₁、ｎ₂、ｎ₃及びｎ₄が下記の関係を満たすことを特徴とする、請求項１に記載のポリマー光導波路フィルム：
   （ｎ₂−ｎ₃）／ｎ₂＜０．００２、（ｎ₂−ｎ₁）／ｎ₂＜０．００５、（ｎ₂−ｎ₄）／ｎ₂＜０．００５、ただしｎ₂＞ｎ₃＞ｎ₁≧ｎ₄。
3. 第１上部クラッドがコア上部表面を覆っている、請求項１または２記載のポリマー光導波路フィルム。
4. 第１上部クラッドのコア上の厚さが２μｍ以下である、請求項３に記載のポリマー光導波路フィルム。
5. コア及びクラッド材料がフッ素化ポリイミド樹脂である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のポリマー光導波路フィルム。
6. 基板上に、下部クラッド（屈折率ｎ₁）を形成する第１の工程、
   前記下部クラッド上にコア（屈折率ｎ₂）を形成する第２の工程、
   少なくとも前記下部クラッド上部表面及び前記コア側部表面を覆うように、第１上部クラッド（屈折率ｎ₃）を形成する第３の工程、及び
   前記第１上部クラッド及び前記コアより上部に第２上部クラッド（屈折率ｎ₄）を形成する第４の工程、
   基板から、下部クラッド、コア、第１上部クラッド及び第２上部クラッドを含むポリマー光導波路を剥離する第５の工程、
   （ここで、ｎ₂＞ｎ₃＞ｎ₁≧ｎ₄である）
   を含む、ポリマー光導波路フィルムの製造方法。
7. ｎ₁、ｎ₂、ｎ₃及びｎ₄が下記の関係を満たすことを特徴とする、請求項６項に記載の方法：
   （ｎ₂−ｎ₃）／ｎ₂＜０．００２、（ｎ₂−ｎ₁）／ｎ₂＜０．００５、（ｎ₂−ｎ₄）／ｎ₂＜０．００５、ただしｎ₂＞ｎ₃＞ｎ₁≧ｎ₄。
8. 第３の工程が、さらにコア上部表面を覆うように第１上部クラッドを形成することを含む、請求項６または７に記載の方法。
9. 第１上部クラッドのコア上の厚さが２μｍ以下である、請求項８に記載の方法。
10. コア及びクラッド材料がフッ素化ポリイミド樹脂である、請求項６〜９のいずれか一項に記載の方法。

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