JP2816771B2 - ポリイミド光導波路及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ポリイミド導波路及び
その製造方法、特に光損失の小さいポリイミド光導波路
及びそ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。

【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0.１
dB／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。これに対してポリメチルメタクリレート（ＰＭＭ
Ａ）などのプラスチック系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。

【０００４】一方、ポリイミドはプラスチックの中で最
も耐熱性に優れており、この性質を利用して光導波路へ
の用途としてもポリイミドは期待され始めており、この
ポリイミドには光伝送損失が小さいことすなわち透明性
が要求されている。透明性を有するポリイミドについて
は最近報告され始めており、例えばサムペジャーナル
（ SAMPE JOURNAL )７月／８月号（１９８５）の第２８
頁にはいくつかの透明性ポリイミドの例が報告されてい
る。これらの透明性ポリイミドの一つの特徴として溶媒
に可溶であることが述べられている。また本発明者らは
特願平１−２０１１７０号明細書で低誘電率で透明なフ
ッ素化ポリイミドを明らかにしている。これらの透明性
ポリイミドの多くは溶媒に可溶である。

【０００５】ところで透明性ポリイミドを光導波路とし
て用いる場合はコアとクラッドの多層構造にする必要が
あるが、透明性ポリイミドは溶媒に可溶であるという性
質があるため、多層にするのが困難であり、有機溶媒に
可溶なポリイミドをコア及びクラッドとして構成される
ポリイミド光導波路は実現されていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように従来有機溶
媒に可溶なポリイミドをコア及びクラッドとするポリイ
ミド光導波路はなく、製造することは不可能であった。
本発明は透明性に優れた可溶性ポリイミドをコア及びク
ラッドとするポリイミド光導波路及びその製造方法を提
供することを目的とする。

【０００７】

【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に関する発明で
あって、コア及びクラッドがポリイミドで構成されてい
るポリイミド光導波路において、コアとして有機溶媒に
可溶なポリイミドを用いることを特徴とする。そして、
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、有機溶媒に可溶なポリイミドから
なる下部クラッド層及びコア層の上層にこのポリイミド
を溶解しない有機溶媒に溶かしたポリアミド酸溶液を塗
布し、キュアすることを特徴とする。

【０００８】本発明者らは、前記の目的を達成するた
め、まず可溶性ポリイミド及びその前駆体であるポリア
ミド酸の種々の溶媒に対する溶解性について検討した結
果、ポリイミドとポリアミド酸では溶解性に差があるこ
とをつきとめ、更にポリイミドを溶解せず、その前駆体
であるポリアミド酸を溶解する溶媒が存在することを見
出した。この知見を基に、有機溶媒に可溶なポリイミド
を下部クラッド及びコアとするポリイミド光導波路の製
造方法をつきとめ、本発明を完成するに至った。

【０００９】本発明に使用する可溶性ポリイミドとして
は、すべての可溶性ポリイミドが使用できる。例えば以
下に示すテトラカルボン酸又はその誘導体とジアミンか
ら製造されるポリイミド、ポリイミド共重合体、及びポ
リイミド混合物の中で溶媒に可溶なものが挙げられる。

【００１０】テトラカルボン酸並びにその誘導体として
の酸無水物、酸塩化物、エステル化物等としては次のよ
うなものが挙げられる。ここではテトラカルボン酸とし
ての例を挙げる。

【００１１】（トリフルオロメチル）ピロメリット酸、
ジ（トリフルオロメチル）ピロメリット酸、ジ（ヘプタ
フルオロプロピル）ピロメリット酸、ペンタフルオロエ
チルピロメリット酸、ビス｛３，５−ジ（トリフルオロ
メチル）フェノキシ｝ピロメリット酸、２，３，３′，
４′−ビフェニルテトラカルボン酸、３，３′，４，
４′−テトラカルボキシジフェニルエーテル、２，
３′，３，４′−テトラカルボキシジフェニルエーテ
ル、３，３′，４，４′−ベンゾフェノンテトラカルボ
ン酸、２，３，６，７−テトラカルボキシナフタレン、
１，４，５，７−テトラカルボキシナフタレン、１，
４，５，６−テトラカルボキシナフタレン、３，３′，
４，４′−テトラカルボキシジフェニルメタン、３，
３′，４，４′−テトラカルボキシジフェニルスルホ
ン、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プ
ロパン、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、５，５′−ビス（トリフ
ルオロメチル）−３，３′，４，４′−テトラカルボキ
シビフェニル、２，２′，５，５′−テトラキス（トリ
フルオロメチル）−３，３′，４，４′−テトラカルボ
キシビフェニル、５，５′−ビス（トリフルオロメチ
ル）−３，３′，４，４′−テトラカルボキシジフェニ
ルエーテル、５，５′−ビス（トリフルオロメチル）−
３，３′，４，４′−テトラカルボキシベンゾフェノ
ン、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノ
キシ｝ベンゼン、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカル
ボキシフェノキシ｝（トリフルオロメチル）ベンゼン、
ビス（ジカルボキシフェノキシ）（トリフルオロメチ
ル）ベンゼン、ビス（ジカルボキシフェノキシ）ビス
（トリフルオロメチル）ベンゼン、ビス（ジカルボキシ
フェノキシ）テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼ
ン、３，４，９，１０−テトラカルボキシペリレン、
２，２−ビス｛４−（３，４−ジカルボキシフェノキ
シ）フェニル｝プロパン、ブタンテトラカルボン酸、シ
クロペンタンテトラカルボン酸、２，２−ビス｛４−
（３，４−ジカルボキシフェノキシ）フェニル｝ヘキサ
フルオロプロパン、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカ
ルボキシフェノキシ｝ビフェニル、ビス｛（トリフルオ
ロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ビス（トリフルオ
ロメチル）ビフェニル、ビス｛（トリフルオロメチル）
ジカルボキシフェノキシ｝ジフェニルエーテル、ビス
（ジカルボキシフェノキシ）ビス（トリフルオロメチ
ル）ビフェニルなどである。

【００１２】ジアミンとしては、例えば次のものが挙げ
られる。ｍ−フェニレンジアミン、２，４−ジアミノト
ルエン、２，４−ジアミノキシレン、２，４−ジアミノ
デュレン、４−（１Ｈ，１Ｈ，１１Ｈ−エイコサフルオ
ロウンデカノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−
（１Ｈ，１Ｈ−パーフルオロ−１−ブタノキシ）−１，
３−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ−パーフルオ
ロ−１−ヘプタノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、
４−（１Ｈ，１Ｈ−パーフルオロ−１−オクタノキシ）
−１，３−ジアミノベンゼン、４−ペンタフルオロフェ
ノキシ−１，３−ジアミノベンゼン、４−（２，３，
５，６−テトラフルオロフェノキシ）−１，３−ジアミ
ノベンゼン、４−（４−フルオロフェノキシ）−１，３
−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−
パーフルオロ−１−ヘキサノキシ）−１，３−ジアミノ
ベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオ
ロ−１−ドデカノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、
ｐ−フェニレンジアミン、（２，５−）ジアミノトルエ
ン、２，３，５，６−テトラメチル−ｐ−フェニレンジ
アミン、（２，５−）ジアミノベンゾトリフルオライ
ド、ビス（トリフルオロメチル）フェニレンジアミン、
ジアミノテトラ（トリフルオロメチル）ベンゼン、ジア
ミノ（ペンタフルオロエチル）ベンゼン、２，５−ジア
ミノ（パーフルオロヘキシル）ベンゼン、２，５−ジア
ミノ（パーフルオロブチル）ベンゼン、ベンジジン、
２，２′−ジメチルベンジジン、３，３′−ジメチルベ
ンジジン、３，３′−ジメトキシベンジジン、２，２′
−ジメトキシベンジジン、３，３′，５，５′−テトラ
メチルベンジジン、３，３′−ジアセチルベンジジン、
２，２′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジ
アミノビフェニル、３，３′−ビス（トリフルオロメチ
ル）−４，４′−ジアミノビフェニル、オクタフルオロ
ベンジジン、４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、
４，４′−ジアミノジフェニルメタン、４，４′−ジア
ミノジフェニルスルホン、２，２−ビス（ｐ−アミノフ
ェニル）プロパン、３，３′−ジメチル−４，４′−ジ
アミノジフェニルエーテル、３，３′−ジメチル−４，
４′−ジアミノジフェニルメタン、１，２−ビス（アニ
リノ）エタン、２，２−ビス（ｐ−アミノフェニル）ヘ
キサフルオロプロパン、１，３−ビス（アニリノ）ヘキ
サフルオロプロパン、１，４−ビス（アニリノ）オクタ
フルオロブタン、１，５−ビス（アニリノ）デカフルオ
ロペンタン、１，７−ビス（アニリノ）テトラデカフル
オロヘプタン、２，２′−ビス（トリフルオロメチル）
−４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、３，３′−
ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−シアミノジフ
ェニルエーテル、３，３′，５，５′−テトラキス（ト
リフルオロメチル）−４，４′−ジアミノジフェニルエ
ーテル、３，３′−ビス（トリフルオロメチル）−４，
４′−ジアミノベンゾフェノン、４，４′′−ジアミノ
−ｐ−テルフェニル、１，４−ビス（ｐ−アミノフェニ
ル）ベンゼン、ｐ−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、ビス（アミノフェノキ
シ）ビス（トリフルオロメチル）ベンゼン、ビス（アミ
ノフェノキシ）テトラキス（トリフルオロメチル）ベン
ゼン、４，４′′′−ジアミノ−ｐ−クオーターフェニ
ル、４，４′−ビス（ｐ−アミノフェノキシ）ビフェニ
ル、２，２−ビス｛４−（ｐ−アミノフェノキシ）フェ
ニル｝プロパン、４，４′−ビス（３−アミノフェノキ
シフェニル）ジフェニルスルホン、２，２−ビス｛４−
（４−アミノフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプ
ロパン、２，２−ビス｛４−（３−アミノフェノキシ）
フェニル｝ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス｛４
−（２−アミノフェノキシ）フェニル｝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）−３，５−ジメチルフェニル｝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）−
３，５−ジトリフルオロメチルフェニル｝ヘキサフルオ
ロプロパン、４，４′−ビス（４−アミノ−２−トリフ
ルオロメチルフェノキシ）ビフェニル、４，４′−ビス
（４−アミノ−３−トリフルオロメチルフェノキシ）ビ
フェニル、４，４′−ビス（４−アミノ−２−トリフル
オロメチルフェノキシ）ジフェニルスルホン、４，４′
−ビス（３−アミノ−５−トリフルオロメチルフェノキ
シ）ジフェニルスルホン、２，２−ビス｛４−（４−ア
ミノ−３−トリフルオロメチルフェノキシ）フェニル｝
ヘキサフルオロプロパン、ビス｛（トリフルオロメチ
ル）アミノフェノキシ｝ビフェニル、ビス〔｛（トリフ
ルオロメチル）アミノフェノキシ｝フェニル〕ヘキサフ
ルオロプロパン、ジアミノアントラキノン、１，５−ジ
アミノナフタレン、２，６−ジアミノナフタレン、ビス
｛２−〔（アミノフェノキシ）フェニル〕ヘキサフルオ
ロイソプロピル｝ベンゼンなどである。

【００１３】可溶性ポリイミド層の上層に形成されるポ
リイミド層としては特に限定されることなくすべてのポ
リイミドが使用できる。

【００１４】本発明のポリイミド光導波路の製造方法を
図１を参照しつつ説明する。すなわち図１は本発明によ
るリッジ型ポリイミド光導波路の作製方法の一例を示す
工程図である。符号１は基板、２は下部クラッド層、３
はコア層、４はアルミニウム層、５はレジスト層であ
る。シリコン等の基板１にポリアミド酸溶液を所定の厚
さに塗布し、加熱することにより下部クラッド層２を得
る。次に下部クラッド層のポリイミドが可溶性ポリイミ
ドである場合はこのポリイミドを溶解しない溶媒をあら
かじめ、試験管試験で明らかにしておき、コアを形成し
ようとする下部クラッド層よりも屈折率の大きい可溶性
ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸をその溶媒に溶
かし、ポリアミド酸溶液を得る。このポリアミド酸溶液
を下部クラッド層２の上にスピンコートなどの方法によ
り塗布後、キュアしコア層３を得る。次に蒸着によりア
ルミニウム層４をつけた後フォトレジスト塗布、プリベ
ーク、露光、現像、アフターベークを行い、パターニン
グされたレジスト層５を得る。アルミニウムをウェット
エッチングにより除去した後、ポリイミドをドライエッ
チングにより除去する。最後に残ったアルミニウム層４
をウェットエッチングで除去し、リッジ型ポリイミド光
導波路を得る。

【００１５】図２は埋め込み型ポリイミド光導波路の一
例の断面図である。図２において符号１〜３は図１と同
義であり、６は上部クラッド層を意味する。図２に示し
たように図１のリッジ型光導波路の上に、コア層よりも
屈折率の小さいポリイミドの前駆体であるポリアミド酸
をコア層３のポリイミドを溶解しない有機溶媒で溶解し
たポリアミド酸溶液としスピンコートなどの方法により
塗布後、キュアし上部クラッド層６を得る。このように
して本発明のポリイミド光導波路を得る。

【００１６】本発明ではコア層３の上にこのポリイミド
を溶解しない有機溶媒に溶かしたポリアミド酸溶液を塗
布し、キュアし上部クラッド層を形成することに特徴が
あり、その他の製造方法についてはポリイミドの薄膜
化、多層化、パターン作製でこれまで使用されている方
法が使用できる。

【００１７】

【実施例】以下いくつかの実施例を用いて本発明を更に
詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定され
るものではない。

【００１８】実施例１ 表面が酸化シリコン層である直径３インチのシリコンウ
ェハ上にジアミンとして２，２′−ビス（トリフルオロ
メチル）−４，４′−ジアミノビフェニル（ＢＴＤ
Ｂ）、酸無水物として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（６
ＦＤＡ）を用いて製造した可溶性ポリイミドの前駆体で
あるポリアミド酸の１５wt％Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトア
ミド溶液を加熱後の膜厚が１０μｍになるようにスピン
コート法により塗布した後最高温度３５０℃で熱処理を
した。このようにして下部クラッド層の可溶性ポリイミ
ド膜を作製した。この可溶性ポリイミド及びその前駆体
であるポリアミド酸の小片を種々の溶媒が入った試験管
に入れ、溶解性を試験した。その結果を表１に示す。

【００１９】

【表１】 表１ （溶媒に可溶な場合は○、不溶な場合は×） ──────────────────────────────────── 実施例１の下部クラッ 実施例１の下部クラッ 溶 媒 ド層の可溶性ポリイミ ド層のポリイミドの前 ド 駆体のポリアミド酸 ──────────────────────────────────── メタノール × ○ エタノール × ○ ｎ−ブタノール × ○ ｎ−ペンタノール × ○ ｎ−ヘキサノール × ○ ｎ−ヘプタノール × ○ ｎ−オクタノール × ○ ジエチレングリコール ○ ○ ジエチルエーテル メチルイソブチルケトン × ○ ジエチレングリコール ○ ○ ジメチルエーテル ビス（２−ブトキシ × × エチル）エーテル アセトフェノン ○ ○ イソオクチルアセテート × × １，２−ジアセトキシエタン ○ ○ シクロヘキサノール × × アセトン ○ ○ テトラヒドロフラン ○ ○ 酢酸エチル ○ ○ ベンゼン × × ヘキサン × ×

【００２０】アルコール系溶媒、メチルイソブチルケト
ンは下部クラッド層のポリイミドを溶かさず、ポリアミ
ド酸を溶かすことが分かった。そこで次にＢＴＤＢと酸
無水物として６ＦＤＡが９０％、ピロメリット酸二無水
物（ＰＭＤＡ）が１０％の混合物から得られる下部クラ
ッド層よりも屈折率の大きい可溶性ポリイミドの前駆体
であるポリアミド酸の１５％ｎ−ヘキシルアルコール溶
液を調製し、加熱後の膜厚が１０μｍになるようにスピ
ンコート法により塗布した後最高温度３５０℃で熱処理
をした。このようにしてコア層のポリイミドを形成し
た。次に電子ビーム蒸着機により、アルミニウムを0.３
μｍつけた後レジスト加工を行った。まず通常のポジ型
レジストをスピンコート法により塗布した後約９５℃で
プリベークを行った。次に線幅１０μｍ、長さ６０mmの
パターン形成用マスクを通して超高圧水銀ランプを用い
て露光した後ポジ型レジスト用の現像液を用いて現像し
た。その後１３５℃でアフターベークを行った。次にレ
ジストでコートされていないアルミニウムのウェットエ
ッチングを行った。洗浄乾燥後平行平板型ドライエッチ
ング装置を用いてポリイミドのエッチングを行った。最
後にポリイミドの上層にあるアルミニウムを上記したエ
ッチング液で除去し、リッジ型光導波路を得た。更にそ
の上層にＢＴＤＢと６ＦＤＡから製造される可溶性ポリ
イミドの前駆体であるポリアミド酸の１５％ｎ−ヘキシ
ルアルコール溶液を加熱後の膜厚が１０μｍになるよう
にスピンコート法により塗布した後最高温度で３５０℃
で熱処理して上部クラッド層を形成した。このようにし
てコア層が有機溶媒に可溶な埋め込み型ポリイミド光導
波路が得られた。この光導波路に波長1.３μｍの光を通
してカットバック法で光損失を測定した結果0.１dB／cm
以下であった。

【００２１】実施例２〜９ 実施例１において下部及び上部クラッド層の可溶性ポリ
イミドの前駆体のポリアミド酸及びコア層のポリイミド
の前駆体のポリアミド酸としてＢＴＤＢと表２に記した
酸無水物から製造されるポリアミド酸を用いて、実施例
１と同様に行い、埋め込み型ポリイミド光導波路を得
た。1.３μｍでの光損失はいずれの場合も0.１dB／cm以
下であった。

【００２２】

【表２】 表 ２ ───────────────────────────────── 実施例 下部クラッド層ポリイミド前 コア層ポリイミド前駆体に使 駆体に使用した酸無水物 用した酸無水物 ───────────────────────────────── 実施例２ ６ＦＤＡ：ＰＭＤＡ＝１：０ ６ＦＤＡ：ＰＭＤＡ＝95：５ ───────────────────────────────── 実施例３ ６ＦＤＡ：ＰＭＤＡ＝95：５ ６ＦＤＡ：ＰＭＤＡ＝９：１ ───────────────────────────────── 実施例４ ６ＦＤＡ：ＰＭＤＡ＝95：５ ６ＦＤＡ：ＰＭＤＡ＝85：15 ───────────────────────────────── 実施例５ ６ＦＤＡ：ＰＭＤＡ＝９：１ ６ＦＤＡ：ＰＭＤＡ＝85：15 ───────────────────────────────── 実施例６ ６ＦＤＡ：ＰＭＤＡ＝９：１ ６ＦＤＡ：ＰＭＤＡ＝８：２ ───────────────────────────────── 実施例７ ６ＦＤＡ：ＰＭＤＡ＝85：15 ６ＦＤＡ：ＰＭＤＡ＝８：２ ───────────────────────────────── 実施例８ ６ＦＤＡ：ＰＭＤＡ＝85：15 ６ＦＤＡ：ＰＭＤＡ＝75：25 ───────────────────────────────── 実施例９ ６ＦＤＡ：ＰＭＤＡ＝８：２ ６ＦＤＡ：ＰＭＤＡ＝７：３ ───────────────────────────────── ＊６ＦＤＡ；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 ＊ＰＭＤＡ；ピロメリット酸二無水物

【００２３】比較例１ 実施例１においてコア層を形成する可溶性ポリイミドの
前駆体であるポリアミド酸の１５％ｎ−ヘキシルアルコ
ール溶液の代りに可溶性ポリイミドの前駆体であるポリ
アミド酸の１５％Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド溶液を
用い、実施例１と同様にポリイミド光導波路の作製を試
みた。しかし下部クラッド層の可溶性ポリイミド膜が溶
解し、光導波路は作製できなかった。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば有
機溶媒に可溶なポリイミドをコア層とする低光損失ポリ
イミド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】本発明によるリッジ型ポリイミド光導波路の作
製方法の一例を示す工程図である。

【図２】埋め込み型ポリイミド光導波路の一例の断面図
である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 下部クラッド層 ３ コア層 ４ アルニミウム層 ５ レジスト層 ６ 上部クラッド層

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コア及びクラッドがポリイミドで構成さ
   れているポリイミド光導波路において、コアとして有機
   溶媒に可溶なポリイミドを用いることを特徴とするポリ
   イミド光導波路。
2. 【請求項２】 有機溶媒に可溶なポリイミドからなる下
   部クラッド層及びコア層の上層にこのポリイミドを溶解
   しない有機溶媒に溶かしたポリアミド酸溶液を塗布し、
   キュア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】 コア層としての有機溶媒に可溶なポリイ
   ミドが、２，２′−ビス（トリフルオロメチル）−４，
   ４′−ジアミノビフェニルが合成原料として含まれてい
   るポリイミド、ポリイミド共重合体、又はポリイミド混
   合物であることを特徴とする請求項２に記載のポリイミ
   ド光導波路の製造方法。