【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリマ材料で構成されるポリマ導波路のコア膜とクラッド膜界面及びそれぞれの膜を均一に、密着性良く形成し、かつ、コアの上にクラッド膜を一様な膜厚で形成可能なポリマ導波路の構成及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリマ導波路は、簡易な方法で作製できること、大面積化が容易なこと、低コスト化の可能性があること等の特長を有しているために実用化が期待されている。
【０００３】
上記材料としては、アクリル系、ポリスチレン系、エポキシ系、ポリイミド系、シリコーン系、ポリシラン系等の材料が検討されている。これらの材料には温度変化に対して、屈折率や熱膨張係数等の特性が変化しにくい特性を有することが望まれている。
【０００４】
そのため、上記ポリマ材料の中でも特にポリイミド系、エポキシ系、ポリシラン系の材料が注目され、これらの材料の改良が行なわれている。
【０００５】
例えば、図６に示すように、直鎖型のポリシラン材料を光学用として検討した例（特開平６−２２２２３４号公報参照。）や、アモルファスポリシランを用いた例（特開平１１−２８７９１６号公報参照。）、直鎖型ポリシラン又は分岐型ポリシランを用いた例（特開平８−２６７７２８号公報参照。）等が挙げられる。
【０００６】
尚、図６は直鎖型のポリシラン材料を用いたポリマ導波路の外観斜視図である。
【０００７】
同図において５０はメチルフェニルポリシランからなるコアを示し、５１はポリシロキサンからなるクラッドを示している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のポリマ導波路及びその製造方法には次のような課題がある。
(1) 低屈折率のバッファ層上に、ポリシラン化合物からなる高屈折率のコア用のポリマ材料が有機溶剤に溶けた溶液を、スピンコーテイング法で塗布した後、半田リフロー温度（２５０℃以上、３００℃以下）で熱処理を施して硬化させて高屈折率のポリマ膜とし、そのポリマ膜上にポリマ材料からなる低屈折率のクラッド用のポリマ材料が有機溶剤に溶けた溶液を塗布した後、半田リフロー温度で熱処理を開始すると、クラッド用のポリマ材料の溶液がコア用のポリマ膜の表面ではじいて表面が不均一になったり、下地のコア用のポリマ膜が失透したりする現象が生じる。この結果、光散乱損失が増加する。
(2) 上記方法で作成したクラッド膜は熱処理後にはがれやすく、密着性が悪い。そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、低損失で半田実装に耐えうるポリマ導波路及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のポリマ導波路は、低屈折率の下部クラッド層と、下部クラッド層上に形成され、所定量のシリコーン化合物を含有する分岐型ポリシラン化合物が１８０℃以上、２３０℃以下の温度で熱処理された高屈折率のポリマ膜からなるコア層と、コア層の両側のポリマ膜に紫外線が照射されて低屈折率化された側面クラッド層と、コア層及び側面クラッド層の上に形成された低屈折率のシリコーン化合物からなる上部クラッド層とを備えたものである。
【００１０】
上記構成に加え本発明のポリマ導波路は、コア層と側面クラッド層との最大比屈折率差が少なくとも３％であるのが好ましい。
【００１１】
上記構成に加え本発明のポリマ導波路は、分岐型ポリシラン化合物として、Ｓｉ原子以外に炭化水素基、アルコキシ基、又は水素原子と結合している化合物が用いられているのが好ましい。
【００１２】
上記構成に加え本発明のポリマ導波路は、分岐型ポリシラン化合物として、分岐度が２％以上、５０％以下の化合物が用いられているのが好ましい。
【００１３】
上記構成に加え本発明のポリマ導波路は、シリコーン化合物は架橋性で、アルコキシ基からなり、ポリシラン化合物に対して、４０〜９０ｗｔ％の配合比で添加されているのが好ましい。
【００１４】
上記構成に加え本発明のポリマ導波路は、高屈折率のポリマ膜中にトリクロロメチルトリアジン系光酸発生剤がポリシラン化合物に対して、１ｗｔ％以上、５．５ｗｔ％以下の配合比で添加されているのが好ましい。
【００１５】
上記構成に加え本発明のポリマ導波路は、シリコーン化合物からなる上部クラッド層は加熱硬化型のシリコーン化合物からなるのが好ましい。
【００１６】
上記構成に加え本発明のポリマ導波路は、紫外線照射により３次元の屈折率構造が形成された後で上部クラッド層の上に紫外線カット層が設けられているのが好ましい。
【００１７】
本発明のポリマ導波路の製造方法は、所定量のシリコーン化合物と分岐型ポリシラン化合物とを相溶性のある有機溶剤に溶かした高屈折率のポリマ材料溶液を準備し、このポリマ材料溶液を低屈折率の下部クラッド層上に塗布し、ポリマ材料溶液を下部クラッド層ごと１８０℃以上、２３０℃以下の温度で熱処理してポリマ膜を形成し、ポリマ膜の上に低屈折率のシリコーン化合物を塗布し、シリコーン化合物を１８０℃以上、２３０℃以下の温度で熱処理して硬化させて上部クラッド層を形成し、上部クラッド層の上からコアパターンの描かれたフォトマスクを介して紫外線を照射して略矩形断面形状の高屈折率のコア層を形成すると共にコア層の両側に低屈折率の側面クラッド層を形成するものである。
【００１８】
上記構成に加え本発明のポリマ導波路の製造法は、ポリマ膜の材料溶液の塗布及び熱処理による硬化を紫外線をカットした環境下で行うのが好ましい。
【００１９】
本発明によれば、ポリマ膜の硬化温度を半田リフロー温度近傍の１８０℃以上、２３０℃以下の温度にすることにより、ポリシランの主鎖のＳｉ−Ｓｉ結合が切断されることなく保持される。また側鎖（例えば、フェニル基）の分解も生じない。またポリシラン中にシリコーン化合物が添加されているので、ポリマ膜の上にシリコーンのようなクラッド膜用ポリマ膜を強く結合させて密着性良く、均一に成膜させることができる。しかもポリマ膜の硬化温度は半田リフロー温度の近傍であるために、数十秒の半田リフローに十分に耐えることができ、また光学特性の劣化も生じにくい。しかもコア層と側面クラッド層との最大比屈折率差Δが３％かそれ以上の値を実現することができるので、超小型導波路を達成することができる。
【００２０】
また本発明によれば、分岐型ポリシラン化合物として、Ｓｉ原子以外に、炭化水素基、アルコキシ基、又は水素原子と結合しているものを用いるので、Ｓｉ−Ｓｉ結合の切断のおそれはない。また分岐型ポリシラン化合物の分岐度が２％以上の化合物を用いれば、従来の直鎖型ポリシラン化合物に比して光透過率を高くすることができ、またその分岐度の量が多いほど、光透過率をさらに向上させることができる。なお、分岐度の上限値は、有機溶媒に溶かして可溶性のポリマ溶液を作る上で制限され、その上限値は５０％である。
【００２１】
また本発明によれば、シリコーン化合物の配合比をポリシラン化合物に対して、４０〜９０ｗｔ％も添加しているので、シリコーンクラッド膜と強い結合で密着させることができる。
【００２２】
またコア用ポリマ膜中にトリクロロメチルトリアジン系光酸発生剤を添加することにより、紫外線照射による導波路パターンの形成を感度良く容易に行なうことができる。それと共に、屈折率の温度安定性をさらに向上させることができ、２５０℃程度の温度まで屈折率をほぼ一定に保つことができる。
【００２３】
また低屈折率のシリコーン化合物からなる上部クラッド膜には加熱硬化型のシリコーン化合物を用いるとフォトブリーチング用ポリマ層中にシリコーン化合物が添加されているので、フォトブリーチング用ポリマ層と密着性良く、また均一に形成することができる。
【００２４】
また紫外線照射で３次元の屈折率構造を形成した後に、低屈折率のポリマ材料からなるクラッド膜の上に紫外線カット層を設けておくことにより、長期的にポリマ導波路の屈折率の劣化を抑えることができる。
【００２５】
本発明によれば、ポリマ材料は有機溶剤に溶けているので、低屈折率のクラッド層上に塗布し易く、かつ、コア膜上へのクラッド膜用ポリマ溶液を塗布する際にもコア膜の中には有機溶剤は既に含まれていないので、クラッド膜用ポリマ溶液がコア内にほとんど浸透しない。
【００２６】
本発明によれば、ポリマ材料溶液の塗布、熱処理による硬化工程を紫外線をカットした環境下で行なうので、ポリマ膜の特性の不必要な変化を防ぐことができる。
【００２７】
ここで、本発明のポリマ導波路に使用できる材料について以下に説明する。
（分岐型ポリシラン）
本発明で使用するポリシランとしては、直鎖型ではなく分岐型ものが挙げられる。分岐型と直鎖型とは、ポリシラン中に含まれるＳｉ原子の結合状態によって区別される。分岐型ポリシランとは、Ｓｉ原子の、隣接するＳｉ原子と結合している数（結合数）が、３又は４であるＳｉ原子を含むポリシランである。これに対して、直鎖型のポリシランは、Ｓｉ原子の、隣接するＳｉ原子との結合数が２である。通常Ｓｉ原子の原子価は４であるので、ポリシラン中に存在するＳｉ原子の中で結合数が３以下のものは、Ｓｉ原子以外に、炭化水素基、アルコキシ基又は水素原子と結合している。
【００２８】
このような炭化水素基としては、炭素数１〜１０のハロゲンで置換されてよい脂肪族炭化水素基、炭素数６〜１４の芳香族炭化水素基が好ましい。脂肪族炭化水素基の具体例として、メチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、トリフルオロプロピル基及びノナフルオロヘキシル基等の鎖型のもの、及びシクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基のような脂環式のもの等が挙げられる。また、芳香族炭化水素基の具体例として、フェニル基、p-トリル基、ビフェニル基及びアントラシル基等が挙げられる。アルコキシ基としては、炭素数１〜８のものが挙げられる。具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基、オクチルオキシ基等が挙げられる。合成の容易さを考慮すると、これらの中でメチル基及びフェニル基が特に好ましい。
【００２９】
分岐型ポリシランの場合には、隣接するＳｉ原子との結合数が３又は４であるＳｉ原子は、分岐型ポリシラン中の全体のＳｉ原子数の２％以上であることが好ましい。２％未満のものや直鎖型のポリシランは結晶性が高く、膜中で微結晶が生成しやすいことにより散乱の原因となり、透明性が低下する。
【００３０】
本発明に使用されるポリシランはハロゲン化シラン化合物をナトリウムのようなアルカリ金属の存在下、ｎ−デカンやトルエンのような有機溶媒中において８０℃以上に加熱することによる重縮合反応によって製造することができる。また、電解重合法や、金属マグネシウムと金属塩化物を用いた方法でも合成可能である。
【００３１】
分岐型ポリシランの場合には、オルガノトリハロシラン化合物、テトラハロシラン化合物、及びジオルガノジハロシラン化合物から成り、オルガノトリハロシラン化合物及びテトラハロシラン化合物が全体量の２モル％以上であるハロシラン混合物を加熱して重縮合することにより、目的とする分岐型ポリシランが得られる。
【００３２】
ここで、オルガノトリハロシラン化合物は、隣接するＳｉ原子との結合数が３であるＳｉ原子源となり、一方のテトラハロシラン化合物は、隣接するＳｉ原子との結合数が４であるＳｉ原子源となる。尚、ネットワーク構造の確認は、紫外線吸収スペクトルや硅素の核磁気共鳴スペクトルの測定により確認することができる。
【００３３】
ポリシランの原料として用いられるオルガノトリハロシラン化合物、テトラハロシラン化合物、及びジオルガノジハロシラン化合物がそれぞれ有するハロゲン原子は、塩素原子であることが好ましい。オルガノトリハロシラン化合物及びジオルガノジハロシラン化合物が有するハロゲン原子以外の置換基としては、上述の炭化水素基、アルコキシ基又は水素原子が挙げられる。
【００３４】
この分岐型ポリシランは、有機溶剤に可溶であり、塗布により透明な膜が成膜できるものであれば特に限定されない。このような有機溶媒として好ましいものは、炭素数５〜１２の炭化水素系、ハロゲン化炭化水素系、エーテル系である。炭化水素系の例としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、ｎ−デカン、ｎ−ドデカン、ベンゼン、トルエン、キシレン、メトキシベンゼン等が挙げられる。ハロゲン化炭化水素系の例としては、四塩化炭素、クロロホルム、１、２−ジクロロエタン、ジクロロメタン、クロロベンゼン等が挙げられる。エーテル系の例としては、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラハイドロフラン等が挙げられる。
【００３５】
また分岐型ポリシラン化合物には分岐度が２％以上のものを用いればその分岐度が高いほど、より光透過率を高めることができ、また重水素化、あるいは一部又はすべてをハロゲン化、特にフッ素化したものも用いることができるので、特定の波長での吸収を抑え、かつ広い波長域にわたって光透過率が高く、また紫外線照射に対して高感度、高精度で屈折率変化を起こさせることができ、また屈折率の熱安定性も向上させることが可能となる。なお、分岐度の上限値は、有機溶媒に溶かして可溶性のポリマ溶液を作る上で制限され、その上限値は５０％である。
（シリコーン化合物）
本発明で使用するシリコーン化合物は、化式１
【００３６】
【化１】
【００３７】
（化式１中、Ｒ１〜Ｒ１２は、炭素数１〜１０のハロゲン又はグリシジルオキシ基で置換されていてもよい脂肪族炭化水素基、炭素数６〜１２の芳香族炭化水素基、炭素数１〜８のアルコキシ基からなる群から選択される基であり、同一でも異なっていてもよい。ａ、ｂ、ｃ及びｄは０を含む整数であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ≧１を満たすものである。）で示されるものである。
【００３８】
このシリコーン化合物が有する、脂肪族炭化水素基の具体例としては、メチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、トリフルオロプロピル基、グリシジルオキシプロピル基等の鎖型のもの、及びシクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基のような脂環型のもの等が挙げられる。
【００３９】
また、芳香族炭化水素基の具体例としては、フェニル基、ｐ−トリル基、ビフェニル基等が挙げられる。アルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基、オクチルオキシ基、ｔｅｒ−ブトキシ基等が挙げられる。
【００４０】
Ｒ１〜Ｒ１２の種類及びａ、ｂ、ｃ、ｄの値は特に重要ではなく、ポリシラン及び有機溶媒と相溶し、膜が透明なものであれば特に限定されない。相溶性を考慮した場合には、使用するポリシランが有する炭化水素基と同じ基を有していることが好ましい。例えば、ポリシランとして、フェニルメチル系のものを使用する場合には、同じフェニルメチル系又はジフェニル系のシリコーン化合物を使用することが好ましい。また、Ｒ１〜Ｒ１２のうち、少なくとも２つが炭素数１〜８のアルコキシ基であるような、１分子中にアルコキシ基を２つ以上有するシリコーン化合物は、架橋剤として利用可能である。そのようなものとしては、アルコキシ基を１５〜３５重量％含んだメチルフェニルメトキシシリコーンやフェニルメトキシシリコーン等を挙げることができる。
【００４１】
分子量としては、１００００以下が好ましく、特に３０００以下のものが好適に用いられる。またシリコーン化合物にも重水素化、あるいは一部又は全てにハロゲン化、特にフッ素化したものも用いることもできるので、特定の波長での吸収を抑え、かつ広い波長域にわたって光透過率が高く、また紫外線照射に対して高感度、高精度で屈折率変化を起こさせることができ、また屈折率の熱安定性も向上させることが可能となる。
（光酸発生剤）
光酸発生剤は、光によって酸を発生する化合物であれば特に限定されないが、２、４、６−トリス（トリハロメチル）−１、３、５−トリアジンとその２位、又はその２位と４位が置換された化合物を例として挙げることができる。これらの化合物が有する置換基は、置換基を有していてもよい脂肪族及び芳香族炭化水素基である。一般的にはトリクロロメチル基をもつトリアジンが使用できる。
【００４２】
光酸発生剤の添加は、Ｓｉ−Ｓｉ結合が、ハロゲンラジカルとそれから生成する酸とで効率よく切断されることを利用したものである。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００４４】
図１は本発明のポリマ導波路の一実施の形態を示す断面図である。
【００４５】
このポリマ導波路の第１の特徴は、コア層１−１〜１−３及び側面クラッド層２−１〜２−４となるフォトブリーチング用ポリマ層３を、１８０℃以上、２３０℃以下の温度（硬化温度）で熱処理して硬化させ、硬化したフォトブリーチング用ポリマ層３の上にシリコーン化合物４を塗布して硬化温度で熱処理して硬化させた後、フォトマスク（図示せず。）を介して紫外線を照射することによりフォトブリーチング用ポリマ膜３を略矩断面形状の高屈折率のコア層１−１〜１−３の両側のフォトブリーチング用ポリマ層３を低屈折率の側面クラッド層２−１〜２−４に変化させることにある。
【００４６】
ここで、ポリマ導波路の低損失化には、ポリマ材料自身の吸収損失を低減することの他に、コア層１−１〜１−３と側面クラッド層２−１〜２−４との界面、コア層１−１〜１−３と下部クラッド層５との界面、コア層１−１〜１−３と上部クラッド層４との界面の均一性及び密着性が光散乱損失を低減する上で重要である。尚、６は基板であり、７は紫外線カット層である。
【００４７】
本発明は、このようなフォトブリーチング用ポリマ層を硬化温度条件で硬化させ、硬化したポリマ層の上にシリコーン化合物を塗布し、シリコーン化合物を硬化温度で熱処理して硬化させ、紫外線を照射してフォトブリーチング用ポリマ膜を略矩形断面形状の高屈折率のコア層の両側を低屈折率の側面クラッド層に変化させることにより、コア層と各クラッド層との界面を均一に、かつ密着性良く形成することができるので、極めて低光散乱損失の導波路を得ることができる。
【００４８】
本発明のポリマ導波路の第２の特徴は、コア層及び側面クラッド層に架橋性、あるいはアルキル基からなるシリコーン化合物を４０ｗｔ％から９０ｗｔ％添加した分岐型ポリシラン化合物を用い、そして下部クラッド層及び上部クラッド層に加熱硬化型のシリコーン化合物を用いることにより、コア層と各クラッド層との界面を一様に密着性良く形成することができることにある。
【００４９】
ここで、硬化温度を１８０℃以上、２３０℃以下に設定した理由は、分岐型ポリシランの主鎖のＳｉ−Ｓｉ結合が切断されることなく保持できること、側鎖のフェニル基の分解も生じないこと、ポリシランにシリコーン化合物を添加しているポリマ膜の上にシリコーンクラッド膜を強く結合させて密着性良く、均一に成膜することができることによるためである。
【００５０】
またＳｎ／Ｐｂ半田リフロー温度にできる限り近いかそれよりも高い温度にする必要があるためである。
【００５１】
また図２に示すように、紫外線照射によって得られる最大比屈折率差Δができる限り高い値（Δ≧３％）を実現する必要があるためである。これらの条件を満足させる硬化温度は１８０℃以上、２３０℃以下の温度範囲である。
【００５２】
尚、図２は紫外線照射によって得られる最大比屈折率差Δとベーク温度との関係を示す図であり、横軸がベーク温度軸を示し縦軸が最大比屈折率差軸である。
【００５３】
図２に示す特性は、Ｓｉ基板上にフォトブリーチング用ポリマ膜を形成し、１２０℃、２０分のプリベークを行なった後に、所望のベーク温度で２０分間硬化させた後、室温に戻して屈折率を測定して得た結果である。測定波長は６３３ｎｍ（Ｌ１）及び１５５０ｎｍ（Ｌ２）である。シリコーン添加量は７５ｗｔ％である。半田にはＳｎ／ＰＢ半田と、Ａｕ／Ｓｎ半田とを用いた。
【００５４】
同図から分かるように、１８０℃以上、２３０℃以下のベーク温度（硬化温度）では最大比屈折率差Δは３％かそれよりも高い値を得ることができた。すなわち、高最大比屈折率差Δにより、超小型導波路型光部品を実現することが可能となる。
【００５５】
図３は分岐型ポリシラン化合物の中にシリコーン化合物を所望量だけ添加したポリマ膜に紫外線を照射することによって得られる最大比屈折率差Δを測定した結果を示した図である。同図において、横軸は添加量軸を示し、縦軸は最大比屈折率差軸を示す。
【００５６】
但し、このポリマ膜も図２に示した場合と同様のプリベーク温度で熱処理し、熱処理後に２００℃で、２０分のベークを行った膜について、波長６３３ｎｍで測定した屈折率から求めたものである。
【００５７】
図４は本発明のポリマ導波路の製造方法の一実施の形態を示す工程図である。
【００５８】
まず、基板上に下部クラッド層用のポリマ溶液を塗布する。基板にはＳｉ等の半導体基板、石英ガラス等のガラス基板、アルミナ等のセラミックス基板、プリント基板等を用いる。下部クラッド層としては、加熱硬化型のシリコーン化合物をトルエン等の有機溶媒に溶かした溶液とし、この溶液をスピンコーティング、押し出し等のコーティング方法によって基板の上に塗布する（工程Ｐ１）。
【００５９】
ついで温度１００℃から１５０℃の範囲で１０分から２０分程下部クラッド層を基板ごとプリベークする（工程Ｐ２）。
【００６０】
温度１８０℃から２３０℃の範囲で１５分から３０分程下部クラッド層をポストベーク（硬化温度）する（工程Ｐ３）。
【００６１】
下部クラッド層の上にフォトブリーチング用ポリマ溶液を塗布する。フォトブリーチング用ポリマとしては、前述したように、分岐型ポリシラン化合物にシリコーン化合物を所望量添加したものをトルエン等の有機溶媒に溶かした溶液を用いる。この塗布方法は、工程Ｐ１と同様の方法で行う（工程Ｐ４）。
【００６２】
ポリマ溶液の塗布後、工程２、３と同様のプリベーク及びポストベークを行う。すなわち、温度１００〜１５０℃でプリベークし（工程Ｐ５）、温度１８０〜２３０℃でポストベークする（工程Ｐ６）。
【００６３】
フォトブリーチング用ポリマ膜の上に低屈折率のクラッド用ポリマ溶液を塗布する。低屈折率のポリマ溶液には前述した下部クラッド用ポリマ溶液を用いる （工程Ｐ７）。
【００６４】
ポリマ溶液の塗布後、下部クラッド層を温度１００〜１５０℃でプリベークする（工程Ｐ８）。
【００６５】
下部クラッド層を温度１８０〜２３０℃でポストベークする（工程Ｐ９）。
【００６６】
硬化後、上部クラッド層の上に所望パターンの描かれたフォトマスクを配置し、そのフォトマスクの上から紫外線を照射し、マスクパターンの潜像をフォトブリーチング用ポリマ膜に形成（転写）する。これにより、紫外線の照射された領域は屈折率が低下し、紫外線の照射されなかった領域は屈折率の変化が生じない。
【００６７】
すなわち、屈折率の高い略矩形断面形状のコア層と、コア層の両側に屈折率の低下した側面クラッド層とが形成される。
【００６８】
尚、紫外線は平行光が用いられ、上部クラッド層の厚さが１００μｍ以下の場合（実際には数十μｍ）には十分にフォトブリーチング用ポリマ膜の厚さ（数μｍから数十μｍ）に対して平行光が照射される（工程Ｐ１０）。
【００６９】
最後に上部クラッド層の上に紫外線カット層を形成することにより、ポリマ導波路の製造が完了する（工程Ｐ１１）。
【００７０】
尚、各工程Ｐ１〜Ｐ１１はイエロールーム内で行われるのが好ましい。
【００７１】
図５は本発明のポリマ導波路の製造方法の他の実施の形態を示す工程図である。
【００７２】
この方法は基板上に下部クラッド層として、ＳｉＯ2 あるいはフッ素添加ＳｉＯ2 膜等が形成されたものの上に図４に示した工程と同様の方法により、フォトブリーチング用ポリマ膜、上部クラッド膜を形成するようにしてポリマ導波路を製造するものである。
【００７３】
まず、基板上に下部クラッド層を形成する（工程Ｐ２０）。
【００７４】
下部クラッド層の上にフォトブリーチング用ポリマ溶液を塗布する（工程Ｐ２１）。
【００７５】
コア用のポリマ溶液を基板ごと温度１００〜１５０℃でプリベークしてポリマ膜を硬化させ（工程Ｐ２２）。
【００７６】
コア用のポリマ膜を基板ごと温度１８０〜２３０℃でポストベークする（工程Ｐ２３）。
【００７７】
ポリマ膜の上に低屈折率のクラッド用のポリマ溶液を塗布する（工程Ｐ２４）。
【００７８】
上部クラッド層用のポリマ膜を基板ごと温度１００〜１５０℃でプリベークする（工程Ｐ２５）。
【００７９】
上部クラッド層用のポリマ膜を温度１８０〜２３０℃でポストベークする（工程Ｐ２６）。
【００８０】
フォトブリーチングマスクを介して紫外線照射によるフォトマスクパターンをコア用のポリマ膜に転写することにより、高屈折率のコア層と低屈折率の側面クラッド層とを同時に形成する（工程Ｐ２７）。
【００８１】
上部クラッド層の上に紫外線カット層を形成することによりポリマ導波路の製造が完了する（工程Ｐ２８）。
【００８２】
尚、各工程Ｐ２０〜Ｐ２８はイエロールーム内で行われるのが好ましい。
【００８３】
図１に示したポリマ導波路を図４に示した製造工程で製造し、波長１３００ｎｍで０．１２ｄＢ／ｃｍの低損失特性を実現した。このポリマ導波路の光の伝搬方向の光散乱特性を光ファイバでストリーク光を検出しながら調べた結果、不要な光散乱中心は存在せず、損失の大部分がポリマの吸収損失によるものであり、本発明の界面の均一性の良さを実証していることが分かった。
【００８４】
本発明によれば次のような効果を発揮したポリマ導波路及びその製造方法を実現することができる。
(1) フォトブリーチング用ポリマ膜の特性を損なうことなく、低光散乱損失で高比屈折率差Δ（≧３％）の超小型導波路を実現することができる。これはフォトブリーチング用ポリマ膜の主鎖のＳｉ−Ｓｉ結合を切断することなく、また側鎖のフェニル基の分解も起こさず、かつ下部クラッド層及び上部クラッド層にシリコーン化合物を用いることとフォトブリーチング用ポリマ膜中にもシリコーン化合物を添加することにより強い結合で密着性良く均一に接合させたことによる。また紫外線の照射前と照射後の屈折率から求めた最大比屈折率差Δを３％かそれよりも高くなる硬化条件を見出したことによって得たものである。さらにＳｎ／Ｐｂ半田リフロー温度と同程度かそれよりも高い温度に設定することにより、導波路の上、下、あるいは中に電子部品、あるいは光部品の半田実装も可能である。
(2) フォトブリーチング用ポリマ膜中にシリコーン化合物を４０ｗｔ％〜９０ｗｔ％の範囲で添加することにより、最大比屈折率差Δを実現すると共に、上部クラッド層及び下部クラッド層との密着性、均一性をも達成することができた。
(3) またフォトブリーチング用ポリマ膜やクラッド層の膜はがれや、不均一な膜形成等が発生することがなくなった。これにより低光散乱損失を実現することが可能となった。
(4) ポリマ導波路を試作して伝搬損失を評価した結果、波長１３００ｎｍで０．１２ｄＢ／ｃｍの特性を実現し、また伝搬方向の光散乱特性をファイバでストリーク光を検出して調べた結果、光散乱中心は存在せず、損失のほとんどがポリマ膜の吸収損失によるものであることが分かった。
【００８５】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００８６】
低損失で半田実装に耐えうるポリマ導波路及びその製造方法の提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のポリマ導波路の一実施の形態を示す断面図である。
【図２】紫外線照射によって得られる最大比屈折率差Δとベーク温度との関係を示す図である。
【図３】分岐型ポリシラン化合物の中にシリコーン化合物を所望量だけ添加したポリマ膜に紫外線を照射することによって得られる最大比屈折率差Δを測定した結果を示した図である。
【図４】発明のポリマ導波路の製造方法の一実施の形態を示す工程図である。
【図５】本発明のポリマ導波路の製造方法の他の実施の形態を示す工程図である。
【図６】直鎖型のポリシラン材料を用いたポリマ導波路の外観斜視図である。
【符号の説明】
１−１〜１−３ コア層
２−１〜２−４ 側面クラッド層
３ ポリマ膜
４ 上部クラッド層
５ 下部クラッド層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In the present invention, the core film and clad film interface of the polymer waveguide made of polymer material and each film are formed uniformly and with good adhesion, and the clad film is formed on the core with a uniform film thickness. The present invention relates to a structure of a possible polymer waveguide and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
The polymer waveguide is expected to be put to practical use because it has features such as easy production, easy area enlargement, and possible cost reduction.
[0003]
As the above materials, materials of acrylic type, polystyrene type, epoxy type, polyimide type, silicone type, polysilane type and the like have been studied. These materials are desired to have characteristics such as the refractive index and the coefficient of thermal expansion that hardly change with temperature change.
[0004]
Therefore, among the above polymer materials, polyimide, epoxy, and polysilane materials are attracting attention, and these materials have been improved.
[0005]
For example, as shown in FIG. 6, an example in which a linear polysilane material is studied for optical use (see JP-A-6-222234) or an example in which amorphous polysilane is used (see JP-A-11-287916). ), Examples using linear polysilanes or branched polysilanes (see JP-A-8-267728).
[0006]
FIG. 6 is an external perspective view of a polymer waveguide using a linear polysilane material.
[0007]
In the figure, reference numeral 50 denotes a core made of methylphenyl polysilane, and 51 denotes a clad made of polysiloxane.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional polymer waveguide and its manufacturing method have the following problems.
(1) On a low refractive index buffer layer, a solution in which a polymer material for a high refractive index core made of a polysilane compound is dissolved in an organic solvent is applied by a spin coating method, and then a solder reflow temperature (250 ° C. or higher, After applying a heat treatment at 300 ° C. or lower to cure the polymer film with a high refractive index, and applying a solution of the polymer material for the low refractive index clad made of the polymer material in an organic solvent on the polymer film, When heat treatment is started at the solder reflow temperature, the clad polymer material solution repels on the surface of the core polymer film and the surface becomes non-uniform, or the underlying core polymer film devitrifies. Arise. As a result, light scattering loss increases.
(2) The clad film prepared by the above method is easy to peel off after heat treatment and has poor adhesion. Therefore, an object of the present invention is to provide a polymer waveguide that can solve the above-described problems and can withstand solder mounting with low loss, and a method for manufacturing the same.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the polymer waveguide of the present invention has a lower refractive index lower clad layer and a branched polysilane compound formed on the lower clad layer and containing a predetermined amount of silicone compound at 180 ° C. or higher and 230 ° C. A core layer made of a polymer film having a high refractive index that has been heat-treated at a temperature of ℃ or less, a side clad layer that has been lowered in refractive index by irradiating the polymer film on both sides of the core layer, and the core layer and the side clad layer And an upper clad layer made of a low refractive index silicone compound.
[0010]
In addition to the above configuration, the polymer waveguide of the present invention preferably has a maximum relative refractive index difference of at least 3% between the core layer and the side cladding layer.
[0011]
In addition to the above structure, the polymer waveguide of the present invention preferably uses a compound bonded to a hydrocarbon group, an alkoxy group, or a hydrogen atom in addition to the Si atom as the branched polysilane compound.
[0012]
In addition to the above configuration, the polymer waveguide of the present invention preferably uses a compound having a branching degree of 2% or more and 50% or less as the branched polysilane compound.
[0013]
In the polymer waveguide of the present invention in addition to the above structure, the silicone compound is preferably crosslinkable, composed of an alkoxy group, and added in a blending ratio of 40 to 90 wt% with respect to the polysilane compound.
[0014]
In addition to the above-described configuration, the polymer waveguide of the present invention is obtained by adding a trichloromethyltriazine photoacid generator to a polysilane compound in a high refractive index polymer film at a blending ratio of 1 wt% or more and 5.5 wt% or less. It is preferable.
[0015]
In addition to the above structure, in the polymer waveguide of the present invention, the upper clad layer made of a silicone compound is preferably made of a thermosetting silicone compound.
[0016]
In addition to the above structure, the polymer waveguide of the present invention is preferably provided with an ultraviolet cut layer on the upper clad layer after a three-dimensional refractive index structure is formed by ultraviolet irradiation.
[0017]
The method for producing a polymer waveguide according to the present invention comprises preparing a polymer material solution having a high refractive index in which a predetermined amount of a silicone compound and a branched polysilane compound are dissolved in a compatible organic solvent. The polymer material solution is heat-treated at a temperature of 180 ° C. or higher and 230 ° C. or lower together with the lower clad layer to form a polymer film, and a low refractive index silicone compound is applied on the polymer film. Then, the silicone compound is cured by heat treatment at a temperature of 180 ° C. or higher and 230 ° C. or lower to form an upper clad layer, and ultraviolet rays are irradiated from above the upper clad layer through a photomask on which a core pattern is drawn. A high refractive index core layer having a substantially rectangular cross-sectional shape is formed, and a low refractive index side cladding layer is formed on both sides of the core layer.
[0018]
In addition to the above-described structure, the polymer waveguide manufacturing method of the present invention is preferably performed in an environment in which ultraviolet rays are cut off by applying a polymer film material solution and performing heat treatment.
[0019]
According to the present invention, by setting the curing temperature of the polymer film to a temperature of 180 ° C. or higher and 230 ° C. or lower near the solder reflow temperature, the Si—Si bond of the main chain of polysilane is maintained without being broken. In addition, decomposition of side chains (for example, phenyl group) does not occur. Further, since the silicone compound is added to the polysilane, a polymer film for a clad film such as silicone can be strongly bonded onto the polymer film to form a uniform film with good adhesion. In addition, since the curing temperature of the polymer film is in the vicinity of the solder reflow temperature, it can sufficiently withstand the solder reflow of several tens of seconds, and the optical characteristics are hardly deteriorated. In addition, since the maximum relative refractive index difference Δ between the core layer and the side cladding layer can be 3% or more, an ultra-small waveguide can be achieved.
[0020]
Further, according to the present invention, as the branched polysilane compound, a compound bonded to a hydrocarbon group, an alkoxy group, or a hydrogen atom in addition to the Si atom is used, so there is no fear of breaking the Si—Si bond. Further, if a branched polysilane compound having a degree of branching of 2% or more can be used, the light transmittance can be increased as compared with a conventional linear polysilane compound. The transmittance can be further improved. The upper limit value of the degree of branching is limited in making a soluble polymer solution by dissolving in an organic solvent, and the upper limit value is 50%.
[0021]
According to the present invention, since the compounding ratio of the silicone compound is 40 to 90 wt% with respect to the polysilane compound, it can be adhered to the silicone clad film with a strong bond.
[0022]
Further, by adding a trichloromethyltriazine photoacid generator into the core polymer film, a waveguide pattern can be easily formed with high sensitivity by ultraviolet irradiation. At the same time, the temperature stability of the refractive index can be further improved, and the refractive index can be kept substantially constant up to a temperature of about 250 ° C.
[0023]
In addition, when a thermosetting silicone compound is used for the upper clad film made of a low refractive index silicone compound, the silicone compound is added to the photobleaching polymer layer, so that it has good adhesion to the photobleaching polymer layer. And can be formed uniformly.
[0024]
In addition, after forming a three-dimensional refractive index structure by ultraviolet irradiation, a refractive index of the polymer waveguide can be deteriorated over a long period of time by providing an ultraviolet cut layer on the cladding film made of a low refractive index polymer material. Can be suppressed.
[0025]
According to the present invention, since the polymer material is dissolved in the organic solvent, it is easy to apply the polymer material on the low refractive index cladding layer, and also when the polymer solution for the cladding film is applied onto the core film, Since no organic solvent is already contained therein, the polymer solution for the clad film hardly penetrates into the core.
[0026]
According to the present invention, since the curing process by application of the polymer material solution and heat treatment is performed in an environment where ultraviolet rays are cut, unnecessary changes in the characteristics of the polymer film can be prevented.
[0027]
Here, materials that can be used for the polymer waveguide of the present invention will be described below.
(Branched polysilane)
The polysilane used in the present invention includes a branched type rather than a straight type. The branched type and the straight type are distinguished by the bonding state of Si atoms contained in the polysilane. The branched polysilane is a polysilane containing Si atoms in which the number of Si atoms bonded to adjacent Si atoms (number of bonds) is 3 or 4. On the other hand, linear polysilane has two Si atoms bonded to adjacent Si atoms. Since the valence of Si atoms is usually 4, Si atoms existing in polysilane having 3 or less bonds are bonded to hydrocarbon groups, alkoxy groups or hydrogen atoms in addition to Si atoms. .
[0028]
As such a hydrocarbon group, an aliphatic hydrocarbon group which may be substituted with a halogen having 1 to 10 carbon atoms and an aromatic hydrocarbon group having 6 to 14 carbon atoms are preferable. Specific examples of the aliphatic hydrocarbon group include a chain type such as a methyl group, a propyl group, a butyl group, a hexyl group, an octyl group, a decyl group, a trifluoropropyl group, and a nonafluorohexyl group, a cyclohexyl group, and a methylcyclohexyl group. Examples include alicyclic groups such as groups. Specific examples of the aromatic hydrocarbon group include a phenyl group, a p-tolyl group, a biphenyl group, and an anthracyl group. Examples of the alkoxy group include those having 1 to 8 carbon atoms. Specific examples include methoxy group, ethoxy group, phenoxy group, octyloxy group and the like. Among these, a methyl group and a phenyl group are particularly preferable in view of ease of synthesis.
[0029]
In the case of a branched polysilane, the number of Si atoms having 3 or 4 bonds with adjacent Si atoms is preferably 2% or more of the total number of Si atoms in the branched polysilane. Less than 2% or linear polysilane has high crystallinity, and microcrystals are easily generated in the film, thereby causing scattering and lowering transparency.
[0030]
The polysilane used in the present invention is produced by a polycondensation reaction by heating a halogenated silane compound to 80 ° C. or higher in an organic solvent such as n-decane or toluene in the presence of an alkali metal such as sodium. Can do. Further, it can also be synthesized by an electrolytic polymerization method or a method using metal magnesium and metal chloride.
[0031]
In the case of a branched polysilane, a halosilane mixture comprising an organotrihalosilane compound, a tetrahalosilane compound, and a diorganodihalosilane compound, wherein the organotrihalosilane compound and the tetrahalosilane compound are 2 mol% or more of the total amount. The target branched polysilane is obtained by polycondensation by heating.
[0032]
Here, the organotrihalosilane compound is a Si atom source having a bond number of 3 with an adjacent Si atom, and one tetrahalosilane compound is an Si atom source having a bond number of 4 with an adjacent Si atom. Become. The network structure can be confirmed by measuring an ultraviolet absorption spectrum or a nuclear magnetic resonance spectrum of silicon.
[0033]
It is preferable that the halogen atom which each of the organotrihalosilane compound, the tetrahalosilane compound, and the diorganodihalosilane compound used as the raw material for polysilane has is a chlorine atom. Examples of the substituent other than the halogen atom that the organotrihalosilane compound and the diorganodihalosilane compound have include the above-described hydrocarbon group, alkoxy group, or hydrogen atom.
[0034]
The branched polysilane is not particularly limited as long as it is soluble in an organic solvent and can form a transparent film by coating. Preferable examples of such organic solvents are C5-12 hydrocarbons, halogenated hydrocarbons, and ethers. Examples of hydrocarbons include pentane, hexane, heptane, cyclohexane, n-decane, n-dodecane, benzene, toluene, xylene, methoxybenzene and the like. Examples of halogenated hydrocarbons include carbon tetrachloride, chloroform, 1,2-dichloroethane, dichloromethane, chlorobenzene and the like. Examples of ethers include diethyl ether, dibutyl ether, tetrahydrofuran and the like.
[0035]
In addition, if a branched polysilane compound having a degree of branching of 2% or more is used, the higher the degree of branching, the higher the light transmittance, and the deuteration or the halogenation of part or all, particularly Fluorinated materials can also be used, so that absorption at a specific wavelength is suppressed, light transmittance is high over a wide wavelength range, and refractive index changes are caused with high sensitivity and high accuracy with respect to ultraviolet irradiation. In addition, the thermal stability of the refractive index can be improved. The upper limit value of the degree of branching is limited in making a soluble polymer solution by dissolving in an organic solvent, and the upper limit value is 50%.
(Silicone compound)
The silicone compound used in the present invention is represented by the formula 1
[0036]
[Chemical 1]
[0037]
(In the chemical formula 1, R1 to R12 are an aliphatic hydrocarbon group optionally substituted with a halogen having 1 to 10 carbon atoms or a glycidyloxy group, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 12 carbon atoms, or 1 carbon atom. A group selected from the group consisting of ˜8 alkoxy groups, which may be the same or different, a, b, c and d are integers including 0 and satisfy a + b + c + d ≧ 1). It is shown.
[0038]
Specific examples of the aliphatic hydrocarbon group possessed by this silicone compound include those of chain type such as methyl group, propyl group, butyl group, hexyl group, octyl group, decyl group, trifluoropropyl group, and glycidyloxypropyl group. And an alicyclic type such as a cyclohexyl group and a methylcyclohexyl group.
[0039]
Specific examples of the aromatic hydrocarbon group include a phenyl group, a p-tolyl group, and a biphenyl group. Specific examples of the alkoxy group include methoxy group, ethoxy group, phenoxy group, octyloxy group, ter-butoxy group and the like.
[0040]
The types of R1 to R12 and the values of a, b, c and d are not particularly important as long as they are compatible with polysilane and an organic solvent and the film is transparent. In consideration of compatibility, it is preferable that the polysilane used has the same group as the hydrocarbon group. For example, when a phenylmethyl type polysilane is used, it is preferable to use the same phenylmethyl type or diphenyl type silicone compound. Moreover, the silicone compound which has 2 or more of alkoxy groups in 1 molecule so that at least 2 is a C1-C8 alkoxy group among R1-R12 can be utilized as a crosslinking agent. Examples thereof include methylphenylmethoxysilicone and phenylmethoxysilicone containing 15 to 35% by weight of alkoxy groups.
[0041]
The molecular weight is preferably 10,000 or less, and particularly preferably 3000 or less. The silicone compound can also be deuterated, or partially or fully halogenated, especially fluorinated, so that absorption at a specific wavelength is suppressed, and light transmittance is high over a wide wavelength range, In addition, the refractive index can be changed with high sensitivity and accuracy with respect to ultraviolet irradiation, and the thermal stability of the refractive index can be improved.
(Photoacid generator)
The photoacid generator is not particularly limited as long as it is a compound that generates an acid by light, but 2,4,6-tris (trihalomethyl) -1,3,5-triazine and its 2-position, or 2-position thereof. An example is a compound in which the 4-position is substituted. The substituent which these compounds have is the aliphatic and aromatic hydrocarbon group which may have a substituent. In general, a triazine having a trichloromethyl group can be used.
[0042]
The addition of the photoacid generator utilizes the fact that the Si—Si bond is efficiently cleaved by the halogen radical and the acid generated therefrom.
[0043]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0044]
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a polymer waveguide of the present invention.
[0045]
The first feature of this polymer waveguide is that the photobleaching polymer layer 3 to be the core layers 1-1 to 1-3 and the side cladding layers 2-1 to 2-4 is heated to 180 ° C. or higher and 230 ° C. or lower. A heat treatment is carried out at a temperature (curing temperature) and cured. The silicone compound 4 is applied on the cured polymer layer 3 for photobleaching and cured by a heat treatment at a curing temperature, and then a photomask (not shown). The photobleaching polymer film 3 is made to have a low refractive index by irradiating the photobleaching polymer film 3 on both sides of the high refractive index core layers 1-1 to 1-3 having a substantially rectangular cross section. There is a change to the side cladding layers 2-1 to 2-4.
[0046]
Here, in order to reduce the loss of the polymer waveguide, in addition to reducing the absorption loss of the polymer material itself, the interface between the core layers 1-1 to 1-3 and the side cladding layers 2-1 to 2-4. The uniformity and adhesion of the interface between the core layers 1-1 to 1-3 and the lower cladding layer 5 and the interface between the core layers 1-1 to 1-3 and the upper cladding layer 4 reduce light scattering loss. Is important. In addition, 6 is a board | substrate and 7 is an ultraviolet-ray cut layer.
[0047]
In the present invention, such a photobleaching polymer layer is cured under a curing temperature condition, a silicone compound is applied onto the cured polymer layer, the silicone compound is cured by heat treatment at the curing temperature, and then irradiated with ultraviolet rays. By changing the both sides of the high refractive index core layer with a substantially rectangular cross-section into a low refractive index side cladding layer, the interface between the core layer and each cladding layer is made uniform and intimately adhered Therefore, a waveguide with an extremely low light scattering loss can be obtained.
[0048]
The second feature of the polymer waveguide of the present invention is that a branched polysilane compound in which 40 wt% to 90 wt% of a silicone compound comprising a crosslinkable or alkyl group is added to the core layer and the side clad layer is used. By using a thermosetting silicone compound for the upper clad layer, the interface between the core layer and each clad layer can be formed uniformly and with good adhesion.
[0049]
Here, the reason for setting the curing temperature to 180 ° C. or higher and 230 ° C. or lower is that the main chain Si—Si bond of the branched polysilane can be maintained without being broken, and the side chain phenyl group is not decomposed. This is because a silicone clad film is strongly bonded onto a polymer film in which a silicone compound is added to polysilane, so that a uniform film can be formed with good adhesion.
[0050]
This is because the temperature needs to be as close as possible to or higher than the Sn / Pb solder reflow temperature.
[0051]
Further, as shown in FIG. 2, the maximum relative refractive index difference Δ obtained by ultraviolet irradiation needs to be as high as possible (Δ ≧ 3%). The curing temperature that satisfies these conditions is a temperature range of 180 ° C. or higher and 230 ° C. or lower.
[0052]
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the maximum relative refractive index difference Δ obtained by ultraviolet irradiation and the baking temperature. The horizontal axis represents the baking temperature axis, and the vertical axis represents the maximum relative refractive index difference axis.
[0053]
The characteristic shown in FIG. 2 is that a photobleaching polymer film is formed on a Si substrate, pre-baked at 120 ° C. for 20 minutes, cured at a desired baking temperature for 20 minutes, and then returned to room temperature to be refracted. It is the result obtained by measuring the rate. Measurement wavelengths are 633 nm (L1) and 1550 nm (L2). The amount of silicone added is 75 wt%. As the solder, Sn / PB solder and Au / Sn solder were used.
[0054]
As can be seen from the figure, at the baking temperature (curing temperature) of 180 ° C. or higher and 230 ° C. or lower, the maximum relative refractive index difference Δ was 3% or higher. That is, it is possible to realize an ultra-compact waveguide type optical component by the high maximum relative refractive index difference Δ.
[0055]
FIG. 3 is a graph showing the results of measuring the maximum relative refractive index difference Δ obtained by irradiating a polymer film in which a desired amount of a silicone compound is added to a branched polysilane compound with ultraviolet rays. In the figure, the horizontal axis represents the addition amount axis, and the vertical axis represents the maximum relative refractive index difference axis.
[0056]
However, this polymer film was also obtained from the refractive index measured at a wavelength of 633 nm for a film that was heat-treated at a pre-bake temperature similar to that shown in FIG. .
[0057]
FIG. 4 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a polymer waveguide according to the present invention.
[0058]
First, a polymer solution for the lower cladding layer is applied on the substrate. As the substrate, a semiconductor substrate such as Si, a glass substrate such as quartz glass, a ceramic substrate such as alumina, a printed substrate, or the like is used. The lower clad layer is a solution obtained by dissolving a thermosetting silicone compound in an organic solvent such as toluene, and this solution is applied on the substrate by a coating method such as spin coating or extrusion (step P1).
[0059]
Next, the lower clad layer is prebaked together with the substrate for 10 to 20 minutes at a temperature of 100 to 150 ° C. (process P2).
[0060]
The lower cladding layer is post-baked (curing temperature) for 15 to 30 minutes at a temperature of 180 to 230 ° C. (process P3).
[0061]
A polymer solution for photobleaching is applied on the lower cladding layer. As the photobleaching polymer, as described above, a solution in which a desired amount of a silicone compound is added to a branched polysilane compound is dissolved in an organic solvent such as toluene. This coating method is performed in the same manner as in step P1 (step P4).
[0062]
After application of the polymer solution, pre-baking and post-baking similar to those in steps 2 and 3 are performed. That is, pre-baking is performed at a temperature of 100 to 150 ° C. (process P5), and post-baking is performed at a temperature of 180 to 230 ° C. (process P6).
[0063]
A low refractive index clad polymer solution is applied on the photobleaching polymer film. As the low refractive index polymer solution, the above-described lower clad polymer solution is used (step P7).
[0064]
After application of the polymer solution, the lower clad layer is pre-baked at a temperature of 100 to 150 ° C. (process P8).
[0065]
The lower cladding layer is post-baked at a temperature of 180 to 230 ° C. (process P9).
[0066]
After curing, a photomask on which a desired pattern is drawn is placed on the upper clad layer, and ultraviolet rays are irradiated on the photomask to form (transfer) a latent image of the mask pattern on the photobleaching polymer film. . As a result, the refractive index of the region irradiated with ultraviolet rays decreases, and the refractive index of the region not irradiated with ultraviolet rays does not change.
[0067]
That is, a core layer having a substantially rectangular cross-sectional shape having a high refractive index and a side cladding layer having a reduced refractive index are formed on both sides of the core layer.
[0068]
In addition, parallel light is used for ultraviolet rays, and when the thickness of the upper cladding layer is 100 μm or less (actually several tens of μm), the thickness of the polymer film for photobleaching (several μm to several tens of μm) Is irradiated with parallel light (process P10).
[0069]
Finally, an ultraviolet cut layer is formed on the upper cladding layer, thereby completing the production of the polymer waveguide (process P11).
[0070]
In addition, it is preferable that each process P1-P11 is performed within a yellow room.
[0071]
FIG. 5 is a process diagram showing another embodiment of the polymer waveguide manufacturing method of the present invention.
[0072]
This method uses SiO as a lower cladding layer on the substrate. 2 Or fluorine-added SiO 2 A polymer waveguide is manufactured by forming a polymer film for photobleaching and an upper clad film on a substrate on which a film or the like has been formed by the same method as that shown in FIG.
[0073]
First, a lower clad layer is formed on a substrate (process P20).
[0074]
A photobleaching polymer solution is applied on the lower cladding layer (process P21).
[0075]
The polymer solution for the core is pre-baked with the substrate at a temperature of 100 to 150 ° C. to cure the polymer film (process P22).
[0076]
The core polymer film is post-baked together with the substrate at a temperature of 180 to 230 ° C. (process P23).
[0077]
A polymer solution for cladding having a low refractive index is applied on the polymer film (process P24).
[0078]
The polymer film for the upper cladding layer is pre-baked with the substrate at a temperature of 100 to 150 ° C. (process P25).
[0079]
The polymer film for the upper cladding layer is post-baked at a temperature of 180 to 230 ° C. (process P26).
[0080]
By transferring the photomask pattern by ultraviolet irradiation to the core polymer film through the photobleaching mask, a high refractive index core layer and a low refractive index side cladding layer are simultaneously formed (step P27).
[0081]
The production of the polymer waveguide is completed by forming an ultraviolet cut layer on the upper cladding layer (process P28).
[0082]
In addition, it is preferable that each process P20-P28 is performed in a yellow room.
[0083]
The polymer waveguide shown in FIG. 1 was manufactured by the manufacturing process shown in FIG. 4, and a low loss characteristic of 0.12 dB / cm at a wavelength of 1300 nm was realized. As a result of examining the light scattering characteristics of the light propagation direction of this polymer waveguide while detecting streak light with an optical fiber, there is no unnecessary light scattering center, and most of the loss is due to absorption loss of the polymer. It has been found that the present invention demonstrates the good uniformity of the interface.
[0084]
According to the present invention, it is possible to realize a polymer waveguide that exhibits the following effects and a manufacturing method thereof.
(1) An ultra-compact waveguide with a high relative refractive index difference Δ (≧ 3%) can be realized with a low light scattering loss without impairing the characteristics of the polymer film for photobleaching. This is because the main chain Si-Si bond of the polymer film for photobleaching is not broken, the side chain phenyl group is not decomposed, and a silicone compound is used for the lower cladding layer and the upper cladding layer. This is because a silicone compound is also added to the polymer film for bleaching so as to bond uniformly with a strong bond and good adhesion. Further, it was obtained by finding a curing condition in which the maximum relative refractive index difference Δ obtained from the refractive index before and after the ultraviolet irradiation was 3% or higher. Furthermore, by setting the temperature to the same level as or higher than the Sn / Pb solder reflow temperature, it is possible to mount electronic components or optical components on, below, or in the waveguide.
(2) By adding a silicone compound in the range of 40 wt% to 90 wt% in the polymer film for photobleaching, the maximum relative refractive index difference Δ is realized, and adhesion between the upper clad layer and the lower clad layer; Uniformity could also be achieved.
(3) In addition, the photobleaching polymer film and the clad layer film are not peeled off and uneven film formation does not occur. As a result, low light scattering loss can be realized.
(4) Propagation loss was evaluated by making a prototype of a polymer waveguide. As a result, 0.12 dB / cm was achieved at a wavelength of 1300 nm, and light scattering characteristics in the propagation direction were investigated by detecting streak light with a fiber. It was found that there was no light scattering center and most of the loss was due to absorption loss of the polymer film.
[0085]
【The invention's effect】
In short, according to the present invention, the following excellent effects are exhibited.
[0086]
It is possible to provide a polymer waveguide that can withstand solder mounting with low loss and a method for manufacturing the same.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a polymer waveguide of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the maximum relative refractive index difference Δ obtained by ultraviolet irradiation and the baking temperature.
FIG. 3 is a graph showing the result of measuring the maximum relative refractive index difference Δ obtained by irradiating ultraviolet rays onto a polymer film in which a desired amount of a silicone compound is added to a branched polysilane compound.
FIG. 4 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a polymer waveguide of the invention.
FIG. 5 is a process diagram showing another embodiment of the polymer waveguide manufacturing method of the present invention.
FIG. 6 is an external perspective view of a polymer waveguide using a linear polysilane material.
[Explanation of symbols]
1-1 to 1-3 core layer
2-1 to 2-4 Side cladding layers
3 Polymer film
4 Upper cladding layer
5 Lower cladding layer
