JP3327356B2 - フッ素化ポリイミド光導波路及びその製造方法 - Google Patents
フッ素化ポリイミド光導波路及びその製造方法Info
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の製造方法に関し、特にコア層として電子線照射により
屈折率を制御したフッ素化ポリイミドを用いたフッ素化
ポリイミド光導波路及びその製造方法に関する。
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、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の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が、耐熱性に
若干の問題がある。そのようなことから耐熱性に優れた
高分子光導波路の実現が望まれていた。一方耐熱性に優
れているポリイミドは電子部品の絶縁膜、フレキシブル
プリント配線板などの電子材料として多く用いられてい
るが、これまで光導波路などの光学部品への適用につい
ての実績はほとんどない。このような観点に立ち、本発
明者らは光導波路に適用可能なポリイミド光学材料につ
いて研究開発を進めてきた。ポリイミドを光学材料とし
て適用していく上で光の透過性に優れていること、屈折
率を自由に制御できることの二点が特に重要である。本
発明者らは特開平3−72528号公報で透明なフッ素
化ポリイミドを明らかにしている。更に特開平4−87
34号公報ではこのフッ素化ポリイミドを共重合するこ
とにより例えば光導波路の形成に必要な屈折率制御が可
能であることを明らかにしている。またこのフッ素化ポ
リイミドを用いた光導波路については特開平4−980
7号、同4−235505号、同4−235506号各
公報で明らかにしている。これらの光導波路において光
を通す役割を持つコアと光を閉じ込める役割を持つクラ
ッドの間の屈折率差の制御は、ポリイミドに含有するフ
ッ素の含量を調節して行っている。すなわちコア用とク
ラッド用の屈折率の異なる2種類のフッ素化ポリイミド
を使用している。そのためコアとクラッドの間の熱的な
特性が異なる、又は複屈折が異なるなどある種の光導波
路において問題となることもある。またもっと根本的な
ことは屈折率の異なる二つのポリイミドを用いなくては
ならないことである。一方、従来のポリイミドに代表さ
れる高分子光導波路の製造方法は、石英光導波路の作製
プロセスで用いられるリアクティブ イオン エッチン
グ(RIE)を用いる方法が主流であるが、作製工程が
多いという欠点があった。無機材料ではなく高分子材料
特有の性質を利用した簡便な光導波路の作製方法が望ま
れている。
アとクラッドとの熱的特性の違いや、複屈折の違いから
生じる問題を解決した高分子光導波路及び製造工程が簡
便な高分子光導波路の製造方法を提供することを目的と
する。
発明の第1の発明のフッ素化ポリイミド光導波路は、電
子線照射により屈折率を制御して所定の値に定めたフッ
素化ポリイミドよりなるコアと、前記コアに接し、前記
コアの屈折率より低い屈折率を有するクラッドよりなる
ことを特徴とする。第2の発明の高分子光導波路の製造
方法は、フッ素化ポリイミドよりなるコアと、コアより
屈折率の低い屈折率を有するクラッドから形成されるフ
ッ素化ポリイミド光導波路の製造方法において、フッ素
化ポリイミドよりなるコアをマスクを通した電子線照射
で屈折率を増加させることにより形成することを特徴と
する。第3の発明の高分子光導波路の製造方法は、フッ
素化ポリイミドよりなるコアと、コアより屈折率の低い
屈折率を有するクラッドから形成されるフッ素化ポリイ
ミド光導波路の製造方法において、フッ素化ポリイミド
よりなるコアを電子線描画で屈折率を増加させることに
より形成することを特徴とする。
は鋭意検討を行った結果コアとして電子線照射により屈
折率を制御したフッ素化ポリイミドを用いることにより
上記の高分子光導波路の問題点を解決でき、また電子線
照射、特に電子線描画を用いることにより製造工程が簡
便なフッ素化ポリイミド光導波路の製造方法を実現でき
ることを見出し本発明を完成するに至った。
分子光導波路は、コアとクラッドの熱的特性の違いや、
複屈折の違いがほとんどなく、また1種類の高分子で導
波路が形成できるなど従来の問題は解消できた。更に、
本発明の高分子光導波路の製造方法は、コアの形成が容
易になり製造工程が簡略化された。
1は、本発明の第1の発明を説明するもので、フッ素化
ポリイミド層が1層のみでコアが左右方向で挟まれてい
る構造のフッ素化ポリイミド光導波路の一実施例を示す
断面図である。図2は、本発明の第1の発明を説明する
もので、1種類のフッ素化ポリイミドでできている埋め
込み型フッ素化ポリイミド光導波路の一実施例を示す断
面図である。図3は、本発明の第2の発明を説明するも
ので、コアをマスクを通して電子線照射により形成する
フッ素化ポリイミド光導波路の製造工程の一実施例を示
す図である。図4は、本発明の第3の発明を説明するも
ので、コアを電子線描画により形成するフッ素化ポリイ
ミド光導波路の製造工程の一実施例を示す図である。図
5は、異なる2種類の高分子による2層構造のフッ素化
ポリイミド光導波路の製造工程の一例を示す図である。
図6は、図5に示す2層構造のフッ素化ポリイミド光導
波路の上部に高分子層を形成した埋め込み構造のフッ素
化ポリイミド光導波路の製造工程の一例を示す図であ
る。図7は、3層の高分子層を形成した後電子線を描画
して作製する埋め込み構造のフッ素化ポリイミド光導波
路の製造工程の一例を示す図である。図8は、図7で示
した製造工程で作製された埋め込み構造のフッ素化ポリ
イミド光導波路の断面図である。図9は、1種類のフッ
素化ポリイミドによる2層構造のフッ素化ポリイミド光
導波路の製造工程の一例を示す図である。図10は、1
種類のフッ素化ポリイミドによる埋め込み構造のフッ素
化ポリイミド光導波路の製造工程の一例を示す図であ
る。図11は、電子線を照射する工程の前工程として導
電性膜を形成する工程と、後工程として導電性膜を除去
する工程を含むフッ素化ポリイミド光導波路の製造工程
の一例を示す図である。図12は、従来のRIEを用い
た埋め込み構造の高分子光導波路の製造工程を示す図で
ある。
明する。図1は、高分子層が1層のみでコア2が左右方
向でクラッド1に挟まれている構造の高分子光導波路の
断面図である。ここで用いられているコア2は、電子線
照射により屈折率が制御されたフッ素化ポリイミドより
成る。上下方向についてはコアに比較して屈折率の小さ
なものであれば良く、例えば空気でも良い。また図2
は、フッ素化ポリイミドよりなるコア2がクラッド1で
すべて覆われた1種類の高分子だけでできている埋め込
み型フッ素化ポリイミド光導波路の断面図である。いず
れの高分子光導波路においてもコア2に接触しているク
ラッド1の高分子は、本質的にコア2の材料と同じ材料
であるため熱的特性や複屈折性などが同じであり従来の
高分子光導波路で問題となっていた欠点を解決できる。
後記する本発明において、クラッドに用いる高分子は電
子線照射により屈折率を制御できるすべての高分子を使
用できる。例えばポリイミド、エポキシ樹脂、ポリエー
テルスルホン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボ
ネート、シリコン樹脂、ポリベンゾシクロブテンなどが
挙げられる。これらのプラスチックは1種類単独で又は
数種類組合せて用いても良い。また光導波路特性に悪影
響を及ぼさない限り、必要に応じて種々の配合材を添加
してもよい。今後高分子光導波路には耐熱性が要求され
るようになってくるため、耐熱性に優れた高分子が好適
である。上記の中ではポリイミド、エポキシ樹脂、シリ
コン樹脂、ポリベンゾシクロブテンなどが挙げられる
が、その中でも特に耐熱性、信頼性が要求される半導体
の絶縁膜として使用実績のあるポリイミドが好適であ
る。
より屈折率を制御できるすべてのポリイミドを使用でき
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、ポリイミド混合物の中で屈折率を制御できるポリ
イミドである。
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。(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、ビス(3,4−ジカルボキシフェニ
ル)ジメチルシラン、1,3−ビス(3,4−ジカルボ
キシフェニル)テトラメチルジシロキサン、ジフルオロ
ピロメリット酸、1,4−ビス(3,4−ジカルボキシ
トリフルオロフェノキシ)テトラフルオロベンゼン、
1,4−ビス(3,4−ジカルボキシトリフルオロフェ
ノキシ)オクタフルオロビフェニルなどである。
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、オクタフルオロベンジジン、3,3′−ビス
(トリフルオロメチル)−4,4′−ジアミノビフェニ
ル、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′−ジアミノジフェニ
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、ビス(2,3,5,6−テ
トラフルオロ−4−アミノフェニル)エーテル、ビス
(2,3,5,6−テトラフルオロ−4−アミノフェニ
ル)スルフィド、1,3−ビス(3−アミノプロピル)
テトラメチルジシロキサン、1,4−ビス(3−アミノ
プロピルジメチルシリル)ベンゼン、ビス(4−アミノ
フェニル)ジエチルシラン、1,3−ジアミノテトラフ
ルオロベンゼン、1,4−ジアミノテトラフルオロベン
ゼン、4,4′−ビス(テトラフルオロアミノフェノキ
シ)オクタフルオロビフェニル等がある。
の増加を調べたところ、通常のポリイミドに比較して化
学構造中にフッ素が結合しているフッ素化ポリイミドが
より屈折率増加の割合が大きいことが明らかとなった。
したがってポリイミドの中ではフッ素化ポリイミドが好
適である。
て鋭意検討を行った結果、主に二つの原因によるものと
推定するに至った。一つは、電子線照射によるポリイミ
ドの体積変化に基づく密度増加であり、もう一つはフッ
素の脱離によるものである。二つのうち屈折率増加の効
果の大きいのはフッ素の脱離であると推定される。X線
光電子分光分析法により電子線照射前後のフッ素化ポリ
イミドのフッ素含量を測定したところ、照射後において
フッ素含量の減少が確認された。またフッ素化ポリイミ
ドに電子線を照射した時に発生するイオンをマススペク
トルで評価したところフッ素ガスやトリフルオロメチル
基に基づくイオンが確認された。これらの事実からフッ
素の脱離が屈折率増加の大きな原因となっていると推定
できる。既に明らかなように同一骨格の高分子におい
て、フッ素の導入は屈折率の低減に極めて効果があり、
フッ素含量を変化させることによって屈折率を制御でき
ることは、ポリイミドに限らず、エポキシ樹脂、PMM
Aなどでも明らかにされている。フッ素化ポリイミドを
例として電子線照射によるフッ素脱離に基づく屈折率増
加が明らかになったが、エポキシ樹脂、PMMAなど他
の高分子においてもフッ素を含むものは同様の原理で電
子線照射によるフッ素脱離に基づく屈折率増加が起こる
と考えられる。したがって本発明の高分子としてはフッ
素を含有する高分子を用いることが好適であると考え
る。
できている埋め込み型フッ素化ポリイミド光導波路は、
従来のRIEを用いる方法を併用すると以下に述べる製
造方法によって製造される。まずシリコンなどの基板上
にフッ素化ポリアミド酸溶液をスピンコートした後加熱
キュアし、フッ素化ポリイミドフィルムを得る。次にこ
れに屈折率が所定の値になるように電子線を照射する。
このフィルムをコア層とする。次にこのコア層の上に同
じポリアミド酸溶液をスピンコートした後加熱キュア
し、シリコン基板からはがし、2層構造のポリイミドフ
ィルムを得る。このポリイミドフィルムを電子線照射を
行ったコア層を上面にしてシリコン基板に密着させる。
次にRIEを用いた通常のエッチング方法により、所定
寸法のコアを形成する。そして最後に上部クラッドとし
て同じポリアミド酸溶液をスピンコートした後加熱キュ
アし、埋め込み型光導波路を得る。
型、その他一般に製造されている種々の光導波路構造を
製造することが可能である。また光伝播モードしとてシ
ングルモード型、マルチモード型ともコアとクラッドの
屈折率差、コア寸法をコントロールすることにより、製
造が可能である。
作製工程が多く製造が容易ではない。そこで電子線照射
だけを用いてRIE加工を用いない光導波路の製造方法
が必要になる。その一つとして高分子に電子線を照射す
る際にコア寸法の切り込みをいれた金属マスク等を用い
て行う方法が考えられる。その作製工程の一例を図3に
示す。基板10上にコア層用の高分子膜11を形成す
る。この上にコアと同じ寸法を空けたマスク12を搭載
する。次にこのマスクを通して電子線を照射し、コア1
3を得る。最後にマスク12を除去して高分子光導波路
を得る。このようにマスクを通して電子線を照射するこ
とにより簡便な工程で高分子光導波路を得ることができ
る。なお、符号11′はコアを含むクラッドの高分子膜
を意味する。
の製造方法としてはマスクを使わず電子線を直接描画す
る方法が考えられる。その製造工程の一例を図4に示
す。基板10上にコア層用の高分子膜11を形成する。
これに所定のコア寸法になるように電子線を描画するこ
とによりコア13が得られ、高分子光導波路を製造でき
る。電子線を高分子膜に直接描画して光導波路を製造す
る方法は、RIEを用いた製造法に比較し製造工程を大
幅に簡略化できると共に、マスクを通して電子線を照射
する方法に比較しても工程を簡略化できる利点がある。
造の高分子光導波路の製造工程の一例を示す。基板10
の上に下部クラッドとなる高分子膜14、コア層となる
高分子膜11を形成する。その後マスクを用いて、又は
描画法により電子線を照射し、コア13を形成する。こ
のようにして電子線照射で屈折率を制御したコアを持つ
2層構造の高分子光導波路が得られる。
波路の上部に高分子層を形成した埋め込み構造の高分子
光導波路の製造工程を示す図である。基板10の上に下
部クラッドとなる高分子膜14、コア層となる高分子膜
11を形成する。その後マスクを用いて、又は描画法に
より電子線を照射し、コア13を形成する。更にその上
に上部クラッドとなる高分子膜15を形成する。このよ
うにして電子線照射で屈折率を制御したコアを持つ3層
構造の高分子光導波路が得られる。
線を描画して作製する埋め込み構造の高分子光導波路の
製造工程を示す図である。基板10の上に下部クラッド
となる高分子膜14、下部クラッドよりも屈折率の大き
なコア層となる高分子膜11、コア層よりも屈折率の小
さな上部クラッドとなる高分子膜15を形成する。その
後マスクを用いて、又は描画法により電子線を照射し、
コア13を有する埋め込み構造の高分子光導波路が得ら
れる。この高分子光導波路の断面図が図8である。上部
クラッドの高分子の屈折率をn1、コア層の高分子の屈
折率をn2、下部クラッドの高分子の屈折率をn3とす
ると、n1<n2、n3<n2である。これに電子線を
照射することにより生じる屈折率変化をそれぞれΔn
1、Δn2、Δn3とすると16の領域の屈折率はn
3、17はn3+Δn3、18はn3、19はn2、2
0はn1、21はn1+Δn1、22はn1、23はn
2、24はn2+Δn2となる。電子線照射によって生
じる屈折率変化のΔn1、Δn2、Δn3のそれぞれの
差(Δn1−Δn2、Δn2−Δn3、Δn3−Δn
1)を、元の材料間の屈折率差よりも小さい値になるよ
うに材料及び照射条件を選択することにより24の領域
が屈折率の最も大きいコアとなって光が閉じ込められて
伝播する。図7及び図8は3層構造について説明したが
更に多層の導波路についても同様に説明することができ
る。
高分子光導波路の製造工程を示す図である。基板10の
上に下部クラッドとなるフッ素化ポリイミド膜14を形
成する。その後マスクを用いて、又は描画法により電子
線を照射し、コア13を形成する。このようにして1種
類の高分子による2層構造の高分子光導波路を得る。図
10は、1種類の高分子による埋め込み構造の高分子光
導波路の製造工程を示す図である。基板10の上に下部
クラッドとなるフッ素化ポリイミド膜14を形成する。
その後マスクを用いて、又は描画法により電子線を照射
し、コア13を形成する。この上に上部クラッドとなる
高分子膜15を形成し、1種類の高分子による埋め込み
構造の高分子光導波路を得る。1種類の高分子による高
分子光導波路のコア深さは照射する電子線のエネルギー
で制御することが可能である。
として導電性膜を形成する工程と、後工程として導電性
膜を除去する工程を含むフッ素化ポリイミド光導波路の
製造工程の一実施例を示す図である。図10に示した1
種類の高分子による埋め込み構造の高分子光導波路を例
にとって説明する。基板10の上に下部クラッドとなる
フッ素化ポリイミド膜14を形成後、導電性膜25を形
成する。その後マスクを用いて、又は描画法により電子
線を照射し、コア13を形成する。導電性膜25を除去
した後上部クラッドとなる高分子膜15を形成し、1種
類の高分子による埋め込み構造の高分子光導波路を得
る。この製造工程の目的は、高分子のような絶縁物に電
子線を照射すると、高分子膜が帯電し、電子ビームのぶ
れを起こす恐れがあるが、これを防止するためのもので
ある。導電性膜の材料としては、帯電した静電気を逃す
程度の導電性があるものならすべて良く、例えばアルミ
ニウム、金、銀、銅などの金属、インジウム・チン・オ
キサイドなどの金属酸化物、有機導電性化合物などが挙
げられる。また膜の形状は、帯電した静電気を逃す構造
なら良く、全面に膜を形成する方法、メッシュ状、一部
分に形成する方法などがある。
構造の高分子光導波路の製造工程を示す図である。基板
10の上に下部クラッドとなる高分子膜14を形成後、
コア層となる高分子膜11を形成する。その後マスク材
料26を形成し、フォトプロセスによりコア寸法にエッ
チングしたマスク26′を得る。このマスク26′をマ
スクとしてRIEによりコア層11をエッチングしてコ
ア13を得る。次にマスク26′を除去した後上部クラ
ッドとなる高分子膜15を形成し、埋め込み型高分子光
導波路が得られる。
いる高分子光導波路の作製方法は、従来のRIEを用い
る高分子光導波路の作製方法に比較して作製工程が少な
いという顕著な効果がある。また電子線照射により屈折
率を制御して所定の値に定めた高分子よりなるコアと前
記コアに接し、前記コアの屈折率より低い屈折率を有す
るクラッドよりなる本発明の高分子光導波路は、1種類
の高分子だけで高分子光導波路が作製でき、しかも本質
的に同一材料のため熱的特性が異なる、複屈折が異なる
などの問題が起こらないという利点がある。
方法は、更に多くのバリエーションが考えられる。電子
線を照射する高分子材料の前処理を種々行うことも可能
である。例えばある物質に充満された雰囲気内に放置
し、電子線を照射し、電子線照射効果を顕著にすること
もできる。また電子線照射の雰囲気としては真空中でも
良いし、大気中でも良い。またある特殊の雰囲気中でも
良い。
いが、下部クラッドの高分子フィルム自体を基板として
利用することも可能である。また基板上に形成した光導
波路をはく離してフィルム光導波路とすることも可能で
ある。光導波路の形状は、直線、曲線、折れ曲がり、S
字形、テーパ、分岐、交差、方向性結合器、2モード導
波路結合器、グレーティング等自由に設定できる。また
コアの幅、深さも自由に設定でき、用途によってはシン
グルモード、マルチモードタイプとも可能である。本発
明においては電子線照射を必須要件としているが、同様
の発想で高分子の屈折率を変え得るものとして、電子線
以外に例えば紫外線、レーザ光、γ線、陽子線等を照射
することも可能である。この場合本発明と同様の方法で
高分子光導波路が得られることは、本発明から容易に類
推できる。
明する。なお、本実施例では高分子としてより好適な材
料であるフッ素化ポリイミドを用い、数限りなく製造で
きる高分子光導波路のほんの一部について説明するが、
本発明は本実施例に限定されるものではないことは、既
に述べてきたことから明らかである。
ェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物88.8g
(0.2mol)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64.0g(0.
2mol)及びN,N−ジメチルアセトアミド1000
gを加えた。この混合物を窒素雰囲気下、室温で3日間
かくはんし、濃度約15wt%のポリアミド酸溶液を得
た。このポリアミド酸溶液をシリコンウェハ上にスピン
コートした後オーブン中で70℃で2時間、160℃で
1時間、250℃で30分、380℃で1時間加熱し、
イミド化を行い、厚さ10μmのポリイミドフィルムを
得た。このフィルムの波長1.3μmでの屈折率を測定
した結果、フィルム面内方向の屈折率(TE)は1.5
21、フィルム面に垂直な方向の屈折率(TM)は1.
523であった。また熱膨張係数は8.2×10-5、ガ
ラス転移温度は335℃であった。このシリコン基板上
のポリイミドフィルムに400keVのエネルギーの電
子線を、室温で総照射量が5×1015e/cm2 になる
ように約30分間照射した。このポリイミドフィルムの
屈折率を測定した結果TEは1.526、TMは1.5
17であった。また熱膨張係数は8×10-5、ガラス転
移温度は330℃であった。この電子線照射ポリイミド
上に同じポリアミド酸溶液をスピンコートした後オーブ
ン中で70℃で2時間、160℃で1時間、250℃で
30分、380℃で1時間加熱し、イミド化を行い、厚
さ30μmの二層構造のポリイミドフィルムを得た。こ
のポリイミドフィルムをシリコン基板からはがし、電子
線照射したポリイミド層を上にしてシリコン基板に密着
させた。次に電子ビーム蒸着装置により、0.3μmの
アルミニウム膜を形成した。次に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紫外線を照射
した後ポジ型レジスト用の現像液を用いて現像した。そ
の後アフターベークをした。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。
洗浄乾燥後ドライエッチング装置を用いてポリイミドの
RIE加工を行った。そして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、コア層が
10μm幅のリッジ型光導波路が得られた。
用した同じポリアミド酸溶液をスピンコートした後オー
ブン中で70℃で2時間、160℃で1時間、250℃
で30分、380℃で1時間加熱し、イミド化を行い、
上部クラッドを形成した。このようにしてコアとクラッ
ドの屈折率差がTEとTMでほとんど同じ(TEで0.
005、TMで0.004)埋め込み型光導波路が得ら
れた。
ェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物88.8g
(0.2mol)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64.0g(0.
2mol)及びN,N−ジメチルアセトアミド1000
gを加えた。この混合物を窒素雰囲気下、室温で3日間
かくはんし、濃度約15wt%のポリアミド酸溶液を得
た。このポリアミド酸溶液をシリコンウェハ上にスピン
コートした後オーブン中で70℃で2時間、160℃で
1時間、250℃で30分、350℃で1時間加熱し、
イミド化を行い、厚さ10μmのポリイミドフィルムを
得た。このフィルムに50μm幅、長さ5cmのスリッ
トを入れたアルミニウム板を通して25keVのエネル
ギーの電子線を照射量1500μC/cm2 の条件で照
射し、ポリイミドのフィルム光導波路を得た。得られた
ポリイミド光導波路の端面を光学研磨し、波長633n
mの赤色光を入射したところ赤い光がコアに閉じ込めら
れて導波しているのが確認できた。また波長1.3μm
の光をシングルモード光ファイバで入射し、出射端をマ
ルチモード光ファイバで受光しその光強度を測定した結
果、接続損失を含めて1dB/cm以下であることを確
認した。
ェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物88.8g
(0.2mol)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64.0g(0.
2mol)及びN,N−ジメチルアセトアミド1000
gを加えた。この混合物を窒素雰囲気下、室温で3日間
かくはんし、濃度約15wt%のポリアミド酸溶液を得
た。このポリアミド酸溶液をシリコンウェハ上にスピン
コートした後オーブン中で70℃で2時間、160℃で
1時間、250℃で30分、350℃で1時間加熱し、
イミド化を行い、厚さ10μmのポリイミドフィルムを
得た。このフィルムに電子線照描画装置を用いて照射量
1500μC/cm2 の条件で25keVのエネルギー
の電子線を用いて、幅8μm、長さ66mmのパターン
を描画し、ポリイミド光導波路を得た。得られたポリイ
ミド光導波路の端面を光学研磨し、波長633nmの赤
色光を入射したところ赤い光がコアに閉じ込められて導
波しているのが確認できた。また波長1.3μmの光を
シングルモード光ファイバで入射し、出射端をマルチモ
ード光ファイバで受光しその光強度を測定した結果、接
続損失を含めて1dB/cm以下であることを確認し
た。
ルミニウムを真空蒸着装置内で10nm蒸着後、電子線
描画装置に導入した。このフィルムに実施例4と同様に
照射量1500μC/cm2 の条件で25keVのエネ
ルギーの電子線を用いて、幅8μm、長さ66mmのパ
ターンを描画した。その後アルミニウム蒸着膜をエッチ
ング液を用いて取り除き、ポリイミド光導波路を得た。
実施例4と同様に波長1.3μmの光損失を測定した結
果、接続損失を含めて1dB/cm以下であることを確
認した。
光導波路を得た。電子線照射条件は、照射量:900μ
C/cm2 、エネルギー:25keVとした。作製した
ポリイミド光導波路の波長1.3μmの光損失を測定し
た結果、接続損失を含めて1dB/cm以下であること
を確認した。
ェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物88.8g
(0.2mol)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64.0g(0.
2mol)及びN,N−ジメチルアセトアミド1000
gを加えた。この混合物を窒素雰囲気下、室温で3日間
かくはんし、濃度約15wt%のポリアミド酸溶液(以
下A溶液と略記する)を得た。このポリアミド酸溶液を
光学研磨したアルミニウム板上にスピンコートした後オ
ーブン中で70℃で2時間、160℃で1時間、250
℃で30分、350℃で1時間加熱し、イミド化を行
い、厚さ10μmのポリイミドフィルムを得た。このフ
ィルムの波長1.3μmの光に対する平均屈折率は1.
519であった。
ボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物0.
2molの代りに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0.14m
olとピロメリット酸二無水物0.06molを使用
し、上記と同様にしてポリアミド酸溶液(以下B溶液と
略記する)及びポリイミドフィルムを作製した。このフ
ィルムの波長1.3μmの光に対する屈折率は1.52
7であった。光学研磨したアルミニウム基板上に加熱キ
ュア後の膜厚が20μmとなるようにA溶液をスピンコ
ートし、オーブン中で70℃で2時間、160℃で1時
間、250℃で30分、380℃で1時間加熱キュア
し、1層目のフィルムを得た。更にその上に加熱キュア
後の膜厚が8μmとなるようにB溶液をスピンコート
し、同様のキュア条件で2層目を作製した。この2層構
造のフィルムに真空蒸着装置内でアルミニウムを10n
m蒸着後、電子線描画装置に導入した。続いてこのフィ
ルムに25keVのエネルギーの電子線を照射量150
0μC/cm2の条件で幅8μm、長さ66mmに渡っ
て照射した。その後アルミニウム蒸着膜をエッチング液
により取り除き、ポリイミド光導波路を得た。得られた
プラスチック光導波路の端面を光学研磨し、波長633
nmの赤色光を入射したところ赤い光が2層目に閉じ込
められて導波しているのが確認できた。また波長1.3
μmの光についても8μm×8μmの領域内に光が閉じ
込められて出射端まで導波していることを確認できた。
ア後の膜厚が20μmとなるようにA溶液をスピンコー
トし、同様のキュア条件で上部クラッドを形成し、埋め
込み型のポリイミド光導波路を得た。ポリイミド光導波
路の端面を光学研磨し、波長1.3μmの光を入射した
ところ出射端で8μm×8μmの領域内に光が閉じ込め
られて導波していることを確認できた。カットバック法
により測定した接続損失を含まない光損失は、TE偏波
光、TM偏波光とも0.3dB/cmであった。
熱キュア後の膜厚が20μmとなるようにA溶液をスピ
ンコートし、同様のキュア条件で3層を作製した。この
3層構造のポリイミドフィルム上に電子線描画装置を用
いて実施例7と同様に電子線描画を行った。得られたプ
ラスチック光導波路の端面を光学研磨し、波長633n
mの赤色光を入射したところ赤い光が2層目に閉じ込め
られて導波していることを確認できた。また波長1.3
μmの光についても8μm×8μmの領域内に光が閉じ
込められて出射端まで導波していることを確認できた。
ェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物88.8g
(0.2mol)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64.0g(0.
2mol)及びN,N−ジメチルアセトアミド1000
gを加えた。この混合物を窒素雰囲気下、室温で3日間
かくはんし、濃度約15wt%のポリアミド酸溶液を得
た。このポリアミド酸溶液をシリコンウェハ上にスピン
コートした後オーブン中で70℃で2時間、160℃で
1時間、250℃で30分、350℃で1時間加熱し、
イミド化を行い、厚さ50μmのポリイミドフィルムを
得た。このフィルムを電子線描画装置に導入した。更に
このフィルムに照射量1500μC/cm2 の条件で加
速電圧10kVのエネルギーの電子線を用いて、幅8μ
m、長さ60mmのパターンを作製した。得られたポリ
イミド光導波路の端面を光学研磨し、波長1.3μmの
光を入射し、出射端面から赤外線カメラ付き顕微鏡で観
察したところ、光が閉じ込められていることが確認され
た。
ェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物88.8g
(0.2mol)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64.0g(0.
2mol)及びN,N−ジメチルアセトアミド1000
gを加えた。この混合物を窒素雰囲気下、室温で3日間
かくはんし、濃度約15wt%のポリアミド酸溶液を得
た。このポリアミド酸溶液をシリコンウェハ上にスピン
コートした後オーブン中で70℃で2時間、160℃で
1時間、250℃で30分、380℃で1時間加熱し、
イミド化を行い、厚さ50μmのポリイミドフィルムを
得た。このフィルムを電子線描画装置に導入した。更に
このフィルムに照射量1500μC/cm2 の条件で加
速電圧10kVのエネルギーの電子線を用いて、幅8μ
m、長さ60mmのパターンを作製した。その後更にこ
の上にポリイミドスピンコート膜をスピンコートし、埋
め込み構造のポリイミド光導波路を得た。得られたポリ
イミド光導波路の端面を光学研磨し、波長1.3μmの
光を入射し、出射端面から赤外線カメラ付き顕微鏡で観
察したところ、光が閉じ込められていることが確認され
た。この埋め込み構造のポリイミド光導波路は3工程で
作製できた。またポリイミドフィルム同志の張り合せ、
はく離したポリイミド膜へのスピンコートなしで埋め込
み構造のポリイミド光導波路を作製できた。
作製工程を図12に示す。全部で7工程必要となる。
により屈折率を制御したポリイミドをコア層に用いた光
導波路は、複屈折やコアとクラッド間の熱的特性の相違
がほとんどなく、従来のポリイミド光導波路の問題を解
決できた。また電子ビーム描画装置やマスクを用いるこ
とにより、コア形成が容易となり導波路形成工程の簡略
化も期待できる。
方向で挟まれている構造のフッ素化ポリイミド光導波路
の一実施例を示す断面図である。
込み型フッ素化ポリイミド光導波路の一実施例を示す断
面図である。
るフッ素化ポリイミド光導波路の製造工程の一実施例を
示す図である。
イミド光導波路の製造工程の一実施例を示す図である。
化ポリイミド光導波路の製造工程の一実施例を示す図で
ある。
波路の上部に高分子層を形成した埋め込み構造のフッ素
化ポリイミド光導波路の製造工程の一実施例を示す図で
ある。
作製する埋め込み構造のフッ素化ポリイミド光導波路の
製造工程の一実施例を示す図である。
造のフッ素化ポリイミド光導波路の断面図である。
フッ素化ポリイミド光導波路の製造工程の一実施例を示
す図である。
構造のフッ素化ポリイミド光導波路の製造工程の一実施
例を示す図である。
膜を形成する工程と、後工程として導電性膜を除去する
工程を含むフッ素化ポリイミド光導波路の製造工程の一
実施例を示す図である。
光導波路の製造工程を示す図である。
の高分子膜、11′…コアを含むクラッドの高分子膜、
12…マスク、13…コア、14…下部クラッドとなる
高分子膜、15…上部クラッドとなる高分子膜、16…
屈折率n3の領域、17…屈折率n3+Δn3の領域、
18…屈折率n3の領域、19…屈折率n2の領域、2
0…屈折率n1の領域、21…屈折率n1+Δn1の領
域、22…屈折率n1の領域、23…屈折率n2の領
域、24…屈折率n2+Δn2の領域、25…導電性
膜、26…マスク、26′…コア寸法のマスク
Claims (3)
- 【請求項1】 電子線照射により屈折率を制御して所定
の値に定めたフッ素化ポリイミドよりなるコアと、前記
コアに接し、前記コアの屈折率より低い屈折率を有する
クラッドよりなることを特徴とするフッ素化ポリイミド
光導波路。 - 【請求項2】 フッ素化ポリイミドよりなるコアと、コ
アより屈折率の低い屈折率を有するクラッドから形成さ
れるフッ素化ポリイミド光導波路の製造方法において、
フッ素化ポリイミドよりなるコアをマスクを通した電子
線照射で屈折率を増加させることにより形成することを
特徴とするフッ素化ポリイミド光導波路の製造方法。 - 【請求項3】 フッ素化ポリイミドよりなるコアと、コ
アより屈折率の低い屈折率を有するクラッドから形成さ
れるフッ素化ポリイミド光導波路の製造方法において、
フッ素化ポリイミドよりなるコアを電子線描画で屈折率
を増加させることにより形成することを特徴とするフッ
素化ポリイミド光導波路の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP07128294A JP3327356B2 (ja) | 1993-03-18 | 1994-03-17 | フッ素化ポリイミド光導波路及びその製造方法 |
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JP5-82516 | 1993-06-28 | ||
JP5-178574 | 1993-06-28 | ||
JP07128294A JP3327356B2 (ja) | 1993-03-18 | 1994-03-17 | フッ素化ポリイミド光導波路及びその製造方法 |
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AU2003281131A1 (en) * | 2002-07-10 | 2004-02-02 | Cluster Technology Co., Ltd. | Electric/optical circuit and production method therefor |
JP2007010692A (ja) * | 2003-11-05 | 2007-01-18 | Hitachi Chem Co Ltd | 光導波路及びその製造方法 |
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EP2864400A4 (en) * | 2012-06-25 | 2016-02-24 | Kolon Inc | POLYAMIDE IMIDE COPOLYMER FILM AND PROCESS FOR PREPARING A POLYAMIDE IMIDE COPOLYMER |
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-
1994
- 1994-03-17 JP JP07128294A patent/JP3327356B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Title |
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Also Published As
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