JP3335275B2 - 有機光導波路の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は有機光導波路の製造
方法に関し、特に電子線描画又は電子線照射法を用いる
光導波路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とこれを利用し
た光通信システムの実用化に伴い、種々の光通信用部品
開発への要望が高まっている。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。光導波路の要求条件としては、光損失が小
さい、製造が容易、コアとクラッドの屈折率差（以下Δ
と略す）が制御できる、耐熱性が優れる、等がある。ま
た、伝送容量が大きいという点でシングルモード光導波
路が好ましいが、導波条件はΔとコア寸法で決まるた
め、その作製に当っては、この両者を精密に制御できる
必要がある。低損失な光導波路には石英系がある。光フ
ァイバで実証済みのように石英は光透過性が極めて良好
であるため、導波路を作製した場合に波長１．３μｍで
０．１ｄＢ／ｃｍ以下の低損失化が達成されている。し
かし、光導波路作製に長時間を要することや、作製時に
高温（８００℃以上）となること、大面積化が困難であ
ることなどの製造上の問題点がある。一方、低温プロセ
スで光導波路作製を可能にする材料としては、ポリメチ
ルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などの高分子材料が挙げ
られる。ＰＭＭＡはスピンコート法で成膜できるため、
比較的大面積の導波路作製も容易であり、経済化の点で
もメリットがある材料といえるが、耐熱温度が１００℃
以下と低いことが大きな欠点となっている。ここで、半
導体プロセスやハンダ接着工程との共存が可能な３００
〜４００℃付近のプロセス温度と耐熱性を有し、石英系
とＰＭＭＡ系の両者の欠点を解決できる材料として、ポ
リイミドが挙げられる。しかし、これまでポリイミドは
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、光導波路などの
光学部品への適用実績はほとんどない。このような観点
に立ち、本発明者らはポリイミド光導波路の研究開発を
進めている。本発明者らは特開平４−８７３４号公報で
フッ素化ポリイミドを共重合することにより光導波路の
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。またこれら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４−９８０７号、同４−２３５５
０５号、同４−２３５５０６号各公報で明らかにしてい
る。しかしこれらのポリイミド光導波路の製造方法は、
半導体作製プロセスで用いられているリアクティブ イ
オン エッチング（ＲＩＥ）を用いる方法が主流であ
り、作製に当っては多くの工程を経るため、作製に長時
間を必要とする欠点があった。このため、ＲＩＥ法を用
いたポリイミド光導波路の作製方法に代る短時間作製法
が望まれている。

【０００３】本発明者らは、これらの問題を解決できる
新しい有機光導波路作製方法について更に研究を進め
た。その結果、ポリイミドに電子線を照射することによ
り屈折率を精密に制御できることを特願平４−２２６５
４９号明細書で明らかにし、この電子線による屈折率制
御を利用して、ポリイミドを含む高分子に電子線描画を
行うことにより光導波路が作製できることを特願平６−
７１２８２号明細書で明らかにしている。電子線描画法
による光導波路の作製プロセスの一例を図１に示す。図
１において、符号１は基板、２は下部クラッドのポリイ
ミド膜、３は電子ビーム、４はコア、５は上部クラッド
のポリイミド膜を意味する。図１（ｃ）に示すように、
本方法では電子線で描画した部分の屈折率が高くなり、
この部分が光導波路のコアとなる。電子線描画法で高分
子光導波路を製造する場合、描画幅〔図１（ｃ）中の
ｗ〕や描画長さ、すなわちコア幅とコア長さは細かく絞
った電子ビームを走査することで容易に制御できる。例
えば、半導体産業等で用いている電子線描画装置を使用
すると、電子ビームの直径は一般にサブミクロンである
ため、電子ビーム走査とステージ移動を行うことによっ
て、例えば６〜８μｍ幅のシングルモード導波路を任意
の長さ、形状に容易に描画することができる。一方、シ
ングルモード導波路作製時のもう一つの大きなパラメー
ターであるコア厚〔図１（ｃ）中のｄ〕に関しては、加
速電圧が変化させられることは既に報告した〔図２、文
献１、Ｙ．Ｙマルオ（Y.Y.Maruo)ほか、ジャーナル オ
ブ ライトウェーブ テクノロジー（J.Lightwave Tech
nology) 、第１３巻、第１７１８頁（１９９５）〕。な
お、図２において、縦軸はコア厚ｄ（μｍ）、横軸は加
速電圧（ｋＶ）を意味する。しかし、図２からもわかる
とおり、加速電圧を変化させるとｄの値は急激に変化す
るため、精密な制御を行うことは困難である。また、電
子銃の加速電圧を変更すると、レンズや電流量の再調整
等の煩雑な操作が必要となり、製造に時間がかかるとい
う欠点もあった。更に、一般の描画用電子ビーム銃は１
５ｋＶ〜５０ｋＶの範囲で安定に動作する場合が多く、
ｄの最小値は１５ｋＶの次の８μｍとなる。このため、
８μｍ以下のコア層の導波路を作製したい場合には、文
献１．で報告したように、コア厚ｄに相当するコア層を
あらかじめ作製してから描画する等の対策を施す必要が
ある（図３）。すなわち図３は電子線描画法による光導
波路の作製プロセスのうち、コア層をあらかじめ設けて
から描画する方法を示す図である。図３において、符号
１〜５は図１と同義であり、６はコア層を意味する。こ
の場合、図４に示すようにクラッドの屈折率が均一でな
いため、導波路の設計が複雑になるという欠点があっ
た。また、使用材料数が増える、工程が複雑になる、界
面での剥離が起こりやすい、等の問題点があった。な
お、図４は図３の方法で作製した光導波路の屈折率分布
を示す図である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、電子
線描画方法を用いて有機光導波路を製造する時に、加速
電圧を変更することなしにコア厚を０〜９μｍ付近で精
密に制御できる光導波路製造方法を提供することにあ
る。

【０００５】

【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の発明は有機光導波路の製造方法に関する発
明であって、有機化合物層に、電子線で光導波路のコア
を直接描画する有機光導波路の製造方法において、被描
画有機化合物層の表面に、その厚さを調節することによ
りコアの深さ方向の寸法を制御する金属膜を作製する工
程と、 前記金属膜上から前記被描画有機化合物層に電子
線でコアを描画する工程と、 前記金属膜を除去する工程
と、 前記被描画有機化合物層上に上部クラッドを形成す
る工程を含むことを特徴とする。また本発明の第２の発
明は有機光導波路の製造方法に関する発明であって、マ
スクを介して有機化合物層に電子線を照射して光導波路
のコアを作製する光導波路の製造方法において、被描画
有機化合物層の表面に、その厚さを調節することにより
コアの深さ方向の寸法を制御する金属膜を作製する工程
と、 前記金属膜上から前記被描画有機化合物層にマスク
を介して電子線を照射してコアを作製する工程と、 前記
金属膜を除去する工程と、 前記被描画有機化合物層上に
上部クラッドを形成する工程を含むことを特徴とする。
また本発明の第３の発明は有機光導波路の製造方法に関
する発明であって、第１及び第２の発明における有機化
合物が、フッ素を含有するポリイミド化合物であること
を特徴とする。

【０００６】前記のような状況にかんがみ、本発明者ら
は鋭意検討を行った結果、電子線描画若しくはマスクを
介して電子線照射する有機化合物層の表面に金属膜を蒸
着法等により作製し、その膜厚を変化させることによっ
て電子線の到達深さを精密に制御できることを見出し、
この効果を利用することによって深さ方向のコアの寸法
を制御できることを明らかにして本発明を完成するに至
った。

【０００７】本発明者らは、ポリイミド膜中への電子線
の侵入深さと屈折率の変化する部分の深さｄとの間の関
係を明らかにするため、以下の検討を行った。ポリイミ
ド膜上に金やアルミニウム膜を作製し、これに加速電圧
２５ｋＶの電子線を照射した場合の、電子のポリイミド
膜中への最大侵入深さと金属膜厚の関係をカナヤ（Kana
ya) の式（文献：日本学術振興会第１３２委員会編「電
子・イオンビームハンドブック」昭和４８年１２月２０
日、日刊工業新聞社刊）により計算した。その結果を図
５に実線で示す。また、実際にポリイミド膜上に種々の
膜厚の金やアルミニウム膜を蒸着法で作製した後に電子
線照射を行い、屈折率の変化する深さｄを干渉顕微鏡で
測定した結果を、金は白丸印、アルミニウムは黒三角印
で図５にプロットした。すなわち図５は電子のポリイミ
ド膜中への最大侵入深さ、及び屈折率の変化する深さｄ
と、アルミニウム、金の膜厚の関係を示す図である。電
子線の加速電圧は２５ｋＶで、シリコン基板上に３０μ
ｍのポリイミド膜を作製後、金属膜を蒸着法で作製して
電子線描画した。なお図５において、縦軸は最大侵入深
さＲｍ（μｍ）、横軸は金属膜厚ｔ（μｍ）を意味す
る。侵入深さの計算結果とｄの測定結果がほぼ一致し、
金やアルミニウムの膜厚を変化させることによりポリイ
ミド膜中に侵入する電子の到達深さが変化し、この効果
を利用することによって屈折率が変化する部分の深さｄ
（＝コア厚）を制御できることを明らかにした。また、
重金属の金ではその効果が大きく、逆に軽金属のアルミ
ニウムでは効果が小さいことを明らかにした。その結
果、ポリイミド膜上に作製する金属膜の種類や膜厚を変
化させることによって、コア厚を０〜９μｍの範囲で自
由に制御できることを明らかにして本発明を完成するに
至った。

【０００８】なお、金属膜付の試料と金属膜無しの試料
に幅８μｍの直線光導波路を電子線描画し、屈折率が変
化した部分の幅〔図１（ｃ）のｗ〕を干渉顕微鏡で測定
したところ、金属膜がある場合には目的の８μｍ幅の導
波路が描画できていたのに対して、金属膜のない場合に
はｗ＝１０〜１１μｍと目的より広くなっていることが
わかった。これは、作製した金属膜の導電性により、電
子線描画や電子線照射による有機膜表面でのチャージア
ップが防止できたことにより、電子ビームのぶれも防げ
たためである。このように、描画面に金属膜を設けるこ
とで、作製するコアパターンの精度を保てるという効果
も合せて得られることも本発明の大きな特徴の一つであ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的に説明す
る。本発明に使用する金属の種類は、到達深さを細かく
制御したい場合にはアルミニウム、チタン、クロムなど
の分子量の小さな金属が、また到達深さを大きくふらせ
たい場合には白金、金、タリウム、鉛等の重金属が適し
ている。本発明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、ポリエーテルイミド、エポキシ樹脂、ポリエ
ーテルスルホン、ＰＭＭＡ、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等が挙げられる。これ
ら高分子は一種類単独で又は数種類組合せて用いてもよ
い。また光導波路特性に悪影響を及ぼさない限り必要に
応じて種々の配合剤を添加してもよい。今後は高分子光
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
ロブテン等が耐熱性に優れているが、その中でも特に耐
熱性と信頼性が要求される半導体集積回路用の絶縁膜と
して使用実績のあるポリイミドが好適である。

【００１０】以後、高分子としてポリイミドを例にとっ
て説明する。本発明に用いるポリイミドとしては、電子
線照射により屈折率を制御できるすべてのポリイミドを
使用できるが、その中でも電子線照射により屈折率を大
きく変化できるフッ素化ポリイミドが好適例として挙げ
られる。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することができ、ポリイミド単
体、ポリイミド共重合体、ポリイミド混合物及びこれら
に必要に応じて添加材等を添加したものなどがある。

【００１１】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。（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。

【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、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。

【００１３】本発明によれば、シリコンウェハなどの基
板上にスピンコートなどの方法により形成したポリイミ
ドフィルムに電子線照射装置若しくは電子線描画装置を
用いて電子線照射を行い、面内方向のみならず深さ方向
に対しても、任意の寸法、形状のコアを有するポリイミ
ド光導波路を形成できる。電子線の照射量は使用するポ
リイミドフィルムの種類、コアとクラッドの屈折率差の
設計値、等によって任意に決めることができる。また電
子線を照射する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。特定の目的に合せた前処理は自由に設定できる。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、光方向結合器、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
も自由に設定できる。

【００１４】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明を更に具体的に
説明する。なお、本実施例では高分子としてポリイミド
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、本発明はこれらの実施例のみ
に限定されるものではなく、材料の組合せ、導波路形状
等を変えることにより多種、多様なポリイミド光導波路
を製造できることは明らかである。

【００１５】実施例１ 三角フラスコに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８８．８ｇ
（０．２ｍｏｌ）と２，２−ビス（ｐ−アミノフェニ
ル）ヘキサフルオロプロパン６６．８ｇ（０．２ｍｏ
ｌ）、及びＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド１０００ｇ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Ａを得
た。このポリアミド酸溶液Ａ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、図１（ａ）の構造で厚さ２５μｍ
のポリイミドフィルムを得た。次に、真空蒸着装置内で
Ａｌを１００ｎｍ蒸着後、高分子光導波路製造用電子線
描画装置に導入してコアを描画した。描画条件は、電子
線加速電圧２５ｋＶ、照射量１５００μＣ／ｃｍ² で、
描画形状は８μｍ幅、長さ７０ｍｍとした。描画後、エ
ッチング液でＡｌ蒸着膜を取り除き、ポリアミド酸溶液
Ａを更にスピンコートして加熱イミド化させることによ
り２０μｍ厚の上部クラッドを形成した。

【００１６】この方法により作製した埋込型ポリイミド
光導波路を、導波路長さが５０μｍとなるように薄片に
スライスし、その断面を光源波長０．５４６μｍの透過
干渉顕微鏡で観察した結果を図６に示す。すなわち、図
６は埋込型ポリイミド光導波路の透過干渉顕微鏡像と屈
折率分布を示す図である。なお、図６において縦軸は深
さ（μｍ）、横軸は幅（μｍ）を意味する。コア厚ｄの
最大値は８．６μｍで、図５に示したとおりであった。
干渉縞の変化から求めた屈折率は深さ方向に対しては、
テア ドロップ（tear drop)型の分布を持っており、最
大のΔは０．８％であった。

【００１７】実施例２ 実施例１と同様にして作製した、図１（ａ）の構造で厚
さ２５μｍのポリイミドフィルムに、真空蒸着装置内で
Ａｌ及びＡｕを蒸着した。蒸着膜厚は、Ａｕは０．１、
０．２、０．３、０．５μｍの４種、Ａｌについては
０．１、０．５、１．０、２．０μｍの４種とした。そ
の後、試料を高分子光導波路製造用電子線描画装置に導
入してコアを描画した。描画条件は、加速電圧２５ｋ
Ｖ、照射量１５００μＣ／ｃｍ² で、描画形状は９μｍ
幅、長さ７０ｍｍとした。描画後、エッチング液でＡｌ
蒸着膜を取り除き、ポリアミド酸溶液Ａを更にスピンコ
ートして加熱イミド化させることにより２０μｍ厚の上
部クラッドを形成した。この方法により作製した埋込型
ポリイミド光導波路について、実施例１と同様の透過干
渉顕微鏡観察を行い、金属膜厚と屈折率変化が起こる最
大の深さｄの関係をプロットして先述の図５の結果を得
た。作製した導波路の損失測定とニアーフィールドパタ
ーン（ＮＦＰ）測定を行った結果、Ａｕ膜厚が０．１、
０．２μｍの時の導波路はマルチモードで導波し、０．
３、０．５μｍの時にシングルモード導波路が作製でき
た。この結果より、コア厚が８μｍ以上の時にはマルチ
モード導波路、６μｍ以下ではシングルモード導波路と
なっていること、Ａｕ膜厚を制御することによってこの
領域でのコア厚の精密制御が可能であることがわかる。
損失は、マルチモード導波路ではいずれも０．６ｄＢ／
ｃｍ以上であったのに対して、シングルモード導波路で
は０．５ｄＢ／ｃｍ以下に小さくできることもわかっ
た。Ａｌ膜の場合には、今回の実験の膜厚範囲ではシン
グルモード導波路は作製できなかった。

【００１８】実施例３ 実施例１と同様にして作製した、図１（ａ）の構造で厚
さ２５μｍのポリイミドフィルムに、真空蒸着装置内で
Ａｌ及びＡｕを蒸着した。蒸着膜厚は、Ａｕは０．１、
０．２、０．３、０．５μｍの４種、Ａｌについては
０．１、０．５、１．０、２．０μｍの４種とした。そ
の後、試料を高分子光導波路製造用電子線描画装置に導
入してコアを描画した。描画条件は、加速電圧２５ｋ
Ｖ、照射量９００μＣ／ｃｍ² で、描画形状は９μｍ
幅、長さ７０ｍｍとした。描画後、エッチング液でＡｌ
蒸着膜を取り除き、ポリアミド酸溶液Ａを更にスピンコ
ートして加熱イミド化させることにより２０μｍ厚の上
部クラッドを形成した。この方法により作製した埋込型
ポリイミド光導波路について、実施例２と同様の損失測
定、ＮＦＰ測定を行った。その結果、Ａｕ膜厚が０．１
μｍの時の導波路はマルチモードで導波し、０．２、
０．３、０．５μｍの時にシングルモードとなった。こ
の結果より、コア厚が８．２μｍ以上の時にはマルチモ
ード導波路、７．４μｍ以下ではシングルモード導波路
となっていることがわかる。損失は、マルチモード導波
路では０．４ｄＢ／ｃｍ以上であったのに対して、シン
グルモード導波路では０．４ｄＢ／ｃｍ以下に小さくで
きた。Ａｌ膜の場合には、膜厚が０．１、０．５μｍの
時の導波路はマルチモードで導波し、１．０、２．０μ
ｍの時にシングルモードとなった。この結果より、コア
厚が８．０μｍ以上の時にはマルチモード導波路、７．
６μｍ以下ではシングルモード導波路となっていること
がわかる。損失は、マルチモード導波路では０．４ｄＢ
／ｃｍ以上であったのに対して、シングルモード導波路
では０．４ｄＢ／ｃｍ以下に小さくできた。以上の結果
より、金属の種類や膜厚を制御することによってこの領
域でのコア厚の精密制御が可能であり、シングルモード
条件を実現しやすくなったことがわかる。

【００１９】比較例１ 実施例１と同様にして作製したポリイミドフィルムをそ
のまま電子線描画装置に導入してコアを描画した。描画
条件は、電子線エネルギー２５ｋＶ、照射量１５００μ
Ｃ／ｃｍ² で、描画形状は８μｍ幅、長さ７０ｍｍとし
た。描画後、エッチング液でＡｌ蒸着膜を取り除き、ポ
リアミド酸溶液Ａを更にスピンコートして加熱イミド化
させることにより２０μｍ厚の上部クラッドを形成し
た。この方法により作製した埋込型ポリイミド光導波路
を用いて、実施例１と同様の測定を行った結果、導波路
幅が１２μｍで実際の描画幅に対して広がっていること
がわかった。また、Δの最大値は０．４％と小さく、電
子線描画工程が十分に制御できていないことがわかっ
た。ポリイミド膜が絶縁性であるため、電子線描画や電
子線照射によって表面がチャージアップし、電子ビーム
の収束条件が崩れたためであると考えられる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の高分子光
導波路製造方法を用いることにより、コア厚さを精密に
制御できるという効果がある。このため、本発明を使用
することによりシングルモードで低損失な高分子光導波
路を容易に製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電子線描画法による光導波路の作製プロセスを
示す図である。

【図２】コア厚と加速電圧の関係を示す図である。

【図３】電子線描画法による光導波路の作製プロセスの
うち、コア層をあらかじめ設けてから描画する方法を示
す図である。

【図４】図３の方法で作製した光導波路の屈折率分布を
示す図である。

【図５】電子のポリイミド膜中への最大侵入深さ、及
び、屈折率の変化する深さｄと、アルミニウム、金の膜
厚の関係を示す図である。

【図６】埋込型ポリイミド光導波路の透過干渉顕微鏡像
と屈折率分布を示す図である。

【符号の説明】 １：基板、２：下部クラッドのポリイミド膜、３：電子
ビーム、４：コア、５：上部クラッドのポリイミド膜、
６：コア層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 玉村 敏昭 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日 本電信電話株式会社内 審査官 福島 浩司 (56)参考文献 特開 平７−209536（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−92338（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−99785（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/13 G02B 6/12

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光導波路のコアを有機化合物層に電子線
   で直接描画する有機光導波路の製造方法において、 被描画有機化合物層の表面に、その厚さを調節すること
   によりコアの深さ方向の寸法を制御する金属膜を作製す
   る工程と、 前記金属膜上から前記被描画有機化合物に電子線でコア
   を描画する工程と、 前記金属膜を除去する工程と、 前記被描画有機化合物層上に上部クラッドを形成する工
   程を含む ことを特徴とする有機光導波路の製造方法。
2. 【請求項２】 マスクを介して有機化合物層に電子線を
   照射して光導波路のコアを作製する光導波路の製造方法
   において、 被描画有機化合物層の表面に、その厚さを調節すること
   によりコアの深さ方向の寸法を制御する金属膜を作製す
   る工程と、 前記金属膜上から前記被描画有機化合物層にマスクを介
   して電子線を照射してコアを作製する工程と、 前記金属膜を除去する工程と、 前記被描画有機化合物層上に上部クラッドを形成する工
   程を含む ことを特徴とする有機光導波路の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の有機化合物が、
   フッ素を含有するポリイミド化合物であることを特徴と
   する有機光導波路の製造方法。