JP3943827B2 - 高分子光導波路の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は高分子光導波路の製造方法に関し、特に光集積回路、光インターコネクション、あるいは光合分波等の光学部品を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
光部品、あるいは光ファイバの基材としては、光伝搬損失が小さく、伝送帯域が広いという特徴を有する石英ガラスや多成分ガラス等の無機系の材料が広く使用されているが、最近では高分子系の材料も開発され、無機系材料に比べて加工性や価格の点で優れていることから、光導波路用材料として注目されている。例えば、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、あるいは、ポリスチレンのような透明性に優れた高分子をコアとし、そのコア材料よりも屈折率の低い高分子をクラッド材料としたコア−クラッド構造からなる平板型光導波路が作製されている(特開平3−188402号)。
【0003】
これに対して松浦らにより耐熱性の高い透明性高分子であるポリイミドを用い低損失の平板型光導波路が実現されている(特開平4−9807号)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの方法はいずれにおいても、クラッド層の表面にコア構造を形成するに際して、一枚毎にフォトレジストを用いたコアパターンの形成やこれに引き続いての反応性イオンエッチングなどによる凹凸加工が必要であり、量産性や低価格化の点で課題があった。そこで、導波路のコアパターンに対応した表面を凹凸加工した金型を用いて射出成形することにより、光導波路の量産性を向上しようとする検討が行われている。この射出成形ではガラス転移温度の低い材料しか用いることができなかった。
【0005】
本発明の目的は、低損失で高信頼な高分子光導波路を安価で簡便に量産するために用いるコア形状複製用の金型を用いた光導波路製造方法を提供することにある。このためには、種々の膜厚をもった高分子を異物残り無くきれいに剥離することが課題である。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第1の高分子からなるクラッド層と、
第1の高分子の表面に設けられた凹部に形成され、第2の高分子からなるコア部とを少なくとも備えた高分子光導波路の製造方法において、
コア部を形成するための断面凸形状が形成されている、高分子樹脂を含む原版上に、溶融状態または溶液状態の第1の高分子を塗布し、該第1の高分子を紫外線あるいは熱によって硬化させた後、原版および高分子を液体に浸漬して、該第1の高分子を原版から剥離させることにより表面に転写された凹部を備えた前記クラッド層を得る工程を含むことを特徴とする高分子光導波路の製造方法を提供する。
【0007】
本発明に従えば、1)射出成形では困難であった高耐熱性材料を用いることができるので、得られた光導波路基板に電子部品などを搭載する際のハンダ耐熱性が得られる。2)第1の高分子を低い粘度で転写できるので、転写率がほぼ100%で忠実な転写が可能となる。3)光導波路基板をフィルム状に成形することも可能となる。4)高アスペクト比の成形が可能でコアの高さが50μmのようなマルチモード光導波路が容易に作製可能である。
【0008】
また射出成形では金型内の温度を均一化するための制御に工夫が必要であったが、本発明では樹脂を硬化させるための加熱や光照射を均一化することは容易である。
また原版から第1の高分子を剥離する際に、原版および高分子を液体雰囲気または蒸気雰囲気に曝すことが好ましい。
従来は成形後高分子樹脂を金型から剥離しやすくするために樹脂に離型剤を混入させていたが、本発明によれば離型剤を混入する必要がないので樹脂そのものの光学特性等を低下させないで容易な剥離ができる。
また原版が高分子樹脂であり、原版および高分子を液体に浸漬して剥離することが好ましい。
【0009】
また本発明は、第1の高分子からなるクラッド層と、
第1の高分子の表面に設けられた凹部に形成され、第2の高分子からなるコア部とを少なくとも備えた高分子光導波路の製造方法において、
コア部を形成するための断面凹形状が形成されている、高分子樹脂を含む原版上に、溶融状態または溶液状態の第2の高分子を塗布し、該第2の高分子を紫外線あるいは熱によって硬化させた後、その上から溶融状態または溶液状態の第1の高分子を塗布し、硬化させた後、原版および高分子を液体に浸漬して、第1および第2の高分子を原版から剥離させる工程を含むことを特徴とする高分子光導波路の製造方法を提供する。
【0010】
本発明に従えば、1)射出成形では困難であった高耐熱性材料を用いることができるので、得られた光導波路基板に電子部品などを搭載する際のハンダ耐熱性が得られる。2)第1の高分子を低い粘度で転写できるので、転写率がほぼ100%で忠実な転写が可能となる。3)光導波路基板をフィルム状に成形することも可能となる。4)高アスペクト比の成形が可能でコアの高さが50μmのようなマルチモード光導波路が容易に作製可能である。
【0011】
また射出成形では金型内の温度を均一化するための制御に工夫が必要であったが、本発明では樹脂を硬化させるための加熱や光照射を均一化することは容易である。
また原版から第1の高分子または第2の高分子を剥離する際に、原版および高分子を液体雰囲気または蒸気雰囲気に曝すことが好ましい。
従来は成形後高分子樹脂を金型から剥離しやすくするために樹脂に離型剤を混入させていたが、本発明によれば離型剤を混入する必要がないので樹脂そのものの光学特性等を低下させないで容易な剥離ができる。
また原版が高分子樹脂であり、原版および高分子を液体に浸漬して剥離することが好ましい。
【0012】
本発明において、前記原版の表面に、高分子と原版を剥離し易くするための犠牲層を形成した後、第1の高分子または第2の高分子を塗布することが好ましい。
【0013】
本発明に従えば、犠牲層膜厚を調整することによって、金型のコア径を変更することが出来る。
【0014】
従来は成形後高分子樹脂を金型から剥離しやすくするために樹脂に離型剤を混入させていたが、本発明によれば離型剤を混入する必要がないので樹脂そのものの光学特性等を低下させないで容易な剥離ができる。
【0017】
また本発明において、犠牲層が酸化シリコン層であり、該犠牲層をエッチング除去することが好ましい。
【0020】
また本発明において、クラッド層およびコア部の上に、第3の高分子からなる第2のクラッド層を形成することが好ましい。
【0021】
こうした製造方法により、原版と高分子とが容易に剥離でき、種々の膜厚を持つ高分子光導波路が量産可能となる。
【0022】
上下クラッド層やコアとなる高分子材料として、窒素雰囲気中でDSC(
differential scanning calorimetry)昇温速度10℃/分で測定したTg(ガラス転移温度)が150℃以上のものが好ましく、より好ましくは200℃以上である。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。光導波路のコア部となる凹凸形状が形成されている基板は、シリコン、ガラス、アルミニウム、ステンレス、ポリイミド等の基板表面に、またはそれらの基板上に高分子をコートした基板表面に、メッキやプラズマエッチング、ケミカルエッチング、レーザアブレーション等の方法により光導波路のコア部となる凹凸形状を加工したものである。
【0024】
該基板上に基板と高分子を剥離するための犠牲層としての金属膜やガラス、高分子などを真空蒸着法やスパッタ法、メッキ法、基板の熱酸化などにより形成する。このようにして、目的の金型が得られる。犠牲層を除去、金型を剥離する方法としては、ケミカルエッチング等が挙げられる。
【0025】
以下に、基板のポリイミド膜表面を凹凸加工し、その上から金属膜を積層させた金型の作製法を図1に基づいて説明する。
【0026】
基板0の上にポリイミドの前駆体であるポリアミド酸溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化することにより、基板上にポリイミド層1を得る。ポリアミド酸溶液に用いる溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、メチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド等の極性有機溶媒を用いる。次にこの上に光回路パターンを形成するためのマスク層2を形成する。マスクとしては、アルミニウム、チタン等の金属、酸化シリコン、スピンオングラス(SOG)、シリコン含有レジスト、感光性ポリイミドなどを用いることができる。マスク層を形成した後、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、パターンニングされたレジスト層3を得る。次にレジスト層により保護されていないマスク層部分を反応性イオンエッチングやエッチング液等により除去して所望の導波路パターンとなす。マスク層2としてシリコン含有レジストや感光性ポリイミドを用いた場合はフォトレジストを使用する必要はない。
【0027】
次に反応性イオンエッチングによりポリイミドの露出している部分のみを所定の深さにエッチングした後、残ったマスク層2を反応性イオンエッチングや剥離液を用いることにより除去する。その上に犠牲層4としてアルミニウム、銅などの金属膜を真空蒸着法やスパッタ法、メッキ法などにより形成する。このようにして、目的の金型が得られる。
【0028】
凹凸加工した基板にシリカガラス層を犠牲層として使用する場合には、凹凸加工した基板上にシリカガラス層をスパッタ法などより10nm厚形成する。このようにして、目的の金型が得られる。
【0029】
表面を凹凸加工したシリコンウェハ上に熱酸化により酸化シリコン層の犠牲層を形成する場合には、シリコンウェハを半導体LSI技術として成熟しているプラズマエッチング技術やケミカルエッチング技術を用いて、コアパターンに対応する凹凸を形成する。そのシリコンウェハを熱酸化させることにより、酸化シリコンを形成する。このようにして、所望の高分子光導波路作製用金型が作製できる。
【0030】
この場合、シリコンウェハを熱酸化させることにより繰り返し高分子光導波路作製用金型が作製できる。シルカガラス層厚は10nm以下と小さいので、形成できる下部クラッドの溝幅および溝深さは10枚形成しても所望の幅±50nmに抑えられる。
【0031】
次に、このようにして得られた高分子光導波路作製用金型を用いた、光導波路作製方法について説明する。ここでは、ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸溶液を用いたポリイミド光導波路の作製を例に挙げて説明するが、光導波路の材料としてポリアミド酸溶液以外の光学用材料の樹脂溶液などを用いて作製することももちろん可能である。
【0032】
図2(A)および図2(B)において金型を用いて光導波路を作製する場合の工程の一例を工程図として示す。図2(A)の符号11は金型、12は下部クラッド層、13はコア層、14は上部クラッド層、図2(B)の符号11は金型、4は犠牲層である。まず、得られた高分子光導波路用金型11の上に第1のポリアミド酸溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化することにより、金型上にポリイミドの下部クラッド層12を形成する。次に、犠牲層のみをエッチングする液につけるなどして犠牲層4をエッチングすることにより、金型から下部クラッド層を剥離する。次に、金型との接触面であった面を上にして、この上にコア層13となるポリイミド前駆体である第2のポリアミド酸溶液をスピンコート等の方法により塗布しこれを加熱イミド化することにより、下部クラッド層上にポリイミドのコア層を形成する。次に反応性イオンエッチングなどの方法により下部クラッド層上に形成された余分のコア層を除去する。最後に上部クラッド層14となすべきポリイミドの前駆体である第1のポリアミド酸溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化する。このようにして高分子光導波路用金型を用いて埋め込み金型高分子光導波路を作製することができる。
【0033】
引き続いて、いくつかの実施例を用いて本発明の第1実施形態を更に詳しく説明する。なお、分子構造の異なる種々の高分子の溶液を用いることにより数限りない本発明の高分子光導波路が得られることは明らかである。したがって、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【0034】
実施例1
4インチのシリコン基板に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(6FDA)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(TFDB)のポリアミド酸のN,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)15wt%溶液を加熱後膜厚が30μmになるようにスピンコート法により塗布した。これを70℃で2時間、160℃で1時間、250℃で30分、350℃で1時間熱処理をしてポリイミド膜を形成した。この上に膜厚1.5μmのシリコン含有レジスト層を塗布した後約90℃でプリベークを行った。次に線幅6μm、長さ10cmの直線状光導波路パターンが100μm間隔に40本描かれたフォトマスクを用いて密着露光した後、現像液を用いて露光部分のフォトレジストを現像除去した。その後90℃でポストベークを行った。このパターンニングされたレジスト層をマスクとしてポリイミド膜を酸素の反応性イオンエッチングにより膜表面から6μmの深さまでエッチングした。次にポリイミドの上層に残ったレジスト層を剥離液で除去した。この上に犠牲層として膜厚50nmのアルミニウムを真空蒸着した。この表面の凹凸をSEMで観察しリッジの高さと幅は6μm幅、6μm高さであり、所望の形状の金型を作製することができた。
【0035】
次に、6FDAとTFDBのポリアミド酸の15wt%DMAc溶液を金型上に加熱後膜厚が0.1mmになるようスピンコートした。その後、金型ごと10%塩酸水溶液に浸漬することによってアルミニウムをエッチングし、ポリイミド膜を金型から剥離して下部クラッド層を形成した。このポリイミド膜のTgを窒素雰囲気中、10℃/minでDSCで測定したところ335℃であった。次に、金型との接触面であった面を上にして、この上にコア層となる6FDAと4,4'−オキシジアニリン(ODA)のポリアミド酸約15wt%DMAc溶液をスピンコート等の方法により塗布しこれを加熱イミド化することにより、下部クラッド層上にポリイミドのコア層を形成した。次に反応性イオンエッチングにより下部クラッド層上に形成された余分のコア層を除去した。最後に上部クラッド層となる6FDAとTFDBのポリアミド酸の15wt%DMAc溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化して上部クラッド層が形成される。このように下部クラッド厚0.1mmの埋め込み型光導波路が作製できた。
【0036】
実施例2
4インチのシリコン基板に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(6FDA)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(TFDB)のポリアミド酸のN,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)15wt%溶液を加熱後膜厚が30μmになるようにスピンコート法により塗布した。これを70℃で2時間、160℃で1時間、250℃で30分、350℃で1時間熱処理をしてポリイミド膜を形成した。この上に膜厚1.5μmのシリコン含有レジスト層を塗布した後約90℃でプリベークを行った。次に線幅6μm、長さ10cmの直線状光導波路パターンが100μm間隔に40本描かれたフォトマスクを用いて密着露光した後、現像液を用いて露光部分のフォトレジストを現像除去した。その後90℃でポストベークを行った。このパターンニングされたレジスト層をマスクとしてポリイミド膜を酸素の反応性イオンエッチングにより膜表面から6μmの深さまでエッチングした。次にポリイミドの上層に残ったレジスト層を剥離液で除去した。この上に膜厚0.1μmのアルミニウムを蒸着した。この表面の凹凸をSEMで観察しリッジの高さと幅は6μm幅、6μm高さであり、所望の形状の金型を作製することができた。
【0037】
次に、6FDAとTFDBのポリアミド酸の15wt%DMAc溶液を金型上に加熱後膜厚が0.7mmになるよう印刷法によりコートした。その後、金型ごと10%塩酸水溶液に浸漬することによってアルミニウムをエッチングし、ポリイミド膜を金型から剥離して下部クラッド層を形成した。次に、金型との接触面であった面を上にして、この上にコア層となる6FDAと4,4'−オキシジアニリン(ODA)のポリアミド酸約15wt%DMAc溶液をスピンコート等の方法により塗布しこれを加熱イミド化することにより、下部クラッド層上にポリイミドのコア層を形成した。次に反応性イオンエッチングにより下部クラッド層上に形成された余分のコア層を除去した。最後に上部クラッド層となる6FDAとTFDBのポリアミド酸の15wt%DMAc溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化して上部クラッド層を形成した。このように下部クラッド厚0.7mm埋め込み型光導波路が作製できた。
【0038】
実施例3
幅6μm、高さ6μmのリッジをプラズマエッチングにより形成された4インチシリコンウェハを熱酸化により、10nm厚の酸化シリコンを形成し、高分子光導波路用金型を作製した。次に、6FDAとTFDBのポリアミド酸の15wt%DMAc溶液を金型上に加熱後膜厚が0.7mmになるよう印刷法によりコートした。その後、金型ごと2%フッ酸水溶液に浸漬することによって酸化シリコンをエッチングし、ポリイミド膜を金型から剥離して下部クラッド層を形成した。次に、金型との接触面であった面を上にして、この上にコア層となる6FDAと4,4'−オキシジアニリン(ODA)のポリアミド酸約15wt%DMAc溶液をスピンコート等の方法により塗布しこれを加熱イミド化することにより、下部クラッド層上にポリイミドのコア層を形成した。次に反応性イオンエッチングにより下部クラッド層上に形成された余分のコア層を除去した。最後に上部クラッド層となる6FDAとTFDBのポリアミド酸の15wt%DMAc溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化して上部クラッド層を形成した。このように下部クラッド厚0.7mm埋め込み金型光導波路が作製できた。
【0039】
実施例4
4インチのシリコン基板に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(6FDA)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(TFDB)のポリアミド酸のN,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)15wt%溶液を加熱後膜厚が30μmになるようにスピンコート法により塗布した。これを70℃で2時間、160℃で1時間、250℃で30分、350℃で1時間熱処理をしてポリイミド膜を形成した。この上に膜厚1.5μmのシリコン含有レジスト層を塗布した後約90℃でプリベークを行った。次に線幅6μm、長さ10cmの直線状光導波路パターンが100μm間隔に40本描かれたフォトマスクを用いて密着露光した後、現像液を用いて露光部分のフォトレジストを現像除去した。その後90℃でポストベークを行った。このパターンニングされたレジスト層をマスクとしてポリイミド膜を酸素の反応性イオンエッチングにより膜表面から6μmの深さまでエッチングした。次にポリイミドの上層に残ったレジスト層を剥離液で除去した。この上に膜厚10nmのシリカガラスをスパッタ法により堆積した。この表面の凹凸をSEMで観察しリッジの高さと幅は6μm幅、6μm高さであり、所望の形状の金型を作製することができた。
【0040】
次に、6FDAとTFDBのポリアミド酸の15wt%DMAc溶液を金型上に加熱後膜厚が0.1mmになるようスピンコートした。その後、金型ごと2%フッ酸水溶液に浸漬することによってシリカガラスをエッチングし、成形ポリイミド膜を金型から剥離して下部クラッド層を形成した。次に、金型との接触面であった面を上にして、この上にコア層となる6FDAと4,4'−オキシジアニリン(ODA)のポリアミド酸約15wt%DMAc溶液をスピンコート等の方法により塗布しこれを加熱イミド化することにより、下部クラッド層上にポリイミドのコア層を形成した。次に反応性イオンエッチングにより下部クラッド層上に形成された余分のコア層を除去した。最後に上部クラッド層となる6FDAとTFDBのポリアミド酸の15wt%DMAc溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化して上部クラッド層を形成した。このように下部クラッド厚0.1mmの埋め込み型光導波路が作製できた。
【0041】
次に本発明の第2実施形態を詳細に説明する。光導波路のコア部となる凹凸形状が形成されている金型は、シリコン、ガラス、アルミニウム、ステンレス、ポリイミド等の基板表面に、またはそれらの基板上に高分子をコートした基板表面に、メッキやプラズマエッチング、ケミカルエッチング、レーザアブレーション等の方法により光導波路のコア部となる凹凸形状を加工したものである。
【0042】
以下に、基板のポリイミド膜表面を凹凸加工した金型の作製法を図3に基づいて説明する。
【0043】
基板0の上にポリイミドの前駆体であるポリアミド酸溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化することにより、基板上にポリイミド層1を得る。ポリアミド酸溶液に用いる溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、メチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド等の極性有機溶媒を用いる。次にこの上に光回路パターンを形成するためのマスク層2を形成する。マスクとしては、アルミニウム、チタン等の金属、酸化シリコン、スピンオングラス(SOG)、シリコン含有レジスト、感光性ポリイミドなどを用いることができる。マスク層を形成した後、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、パターンニングされたレジスト層3を得る。次にレジスト層により保護されていないマスク層部分を反応性イオンエッチングやエッチング液等により除去して所望の導波路パターンとなす。マスク層2としてシリコン含有レジストや感光性ポリイミドを用いた場合はフォトレジストを使用する必要はない。
【0044】
次に反応性イオンエッチングによりポリイミドの露出している部分のみを所定の深さにエッチングした後、残ったマスク層2を反応性イオンエッチングや剥離液を用いることにより除去する。
【0045】
次に、このようにして得られた高分子光導波路作製用金型を用いた、光導波路作製方法について説明する。ここでは、ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸溶液を用いたポリイミド光導波路作製を例に挙げて説明するが、光導波路材料としてポリアミド酸溶液以外の光学用材料の樹脂溶液などを用いて作製することももちろん可能である。
【0046】
図4において金型を用いて光導波路を作製する場合の工程の一例を工程図として示す。図4の符号11は金型、12は下部クラッド層、13はコア層、14は上部クラッド層である。まず、得られた高分子光導波路用金型11の上に第1のポリアミド酸溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化することにより、金型の凹部にポリイミドのコア層13を埋め込む。次に、その上に第2のポリアミド酸溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化することにより、下部クラッド層12を形成する。次に、該金型を液体に浸漬させるかまたは蒸気中に置くことにより、金型から高分子を剥離する。これで、リッジ型高分子光導波路が作製できることになる。
【0047】
更に、金型との接触面であった面を上にして、この上に上部クラッド層14となるポリイミド前駆体である第2のポリアミド酸溶液をスピンコート等の方法により塗布しこれを加熱イミド化して上部クラッド層を形成する。このようにして高分子光導波路用金型を用いて埋め込み型高分子光導波路を作製することができる。
【0048】
引き続いて、いくつかの実施例を用いて本発明の第2実施形態を更に詳しく説明する。なお、分子構造の異なる種々の高分子の溶液を用いることにより数限りない本発明の高分子光導波路が得られることは明らかである。したがって、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【0049】
実施例5
ガラス基板表面を線幅6μm、長さ10cmの直線状光導波路パターンが100μm間隔に40本、凹型になるように、C−F系エッチングガスを用い6μmエッチングした。この表面の凹凸をSEMで観察し、6μm幅、6μm深さの溝が確認され、所望の形状の金型を作製することができた。
次に、コア層となる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(6FDA)と4,4'−オキシジアニリン(ODA)のポリアミド酸の15wt%N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)溶液を金型凹部にスピンコート等の方法により塗布し、加熱イミド化させることにより埋め込んだ。更に、その上にクラッド層となる6FDA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(TFDB)のポリアミド酸約15wt%DMAc溶液を加熱後0.1mm厚になるよう印刷法により塗布しこれを加熱イミド化した。その後、室温の水溶液に約10分間浸漬させることにより、ポリイミド積層膜を金型から剥離した。金型と接触していた面を上にして、上部クラッド層となる6FDAとTFDBのポリアミド酸の15wt%DMAc溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化して上部クラッド層を形成する。このようにして、埋め込み型光導波路が作製できた。
【0050】
実施例6
4インチのシリコン基板にピロメリット酸二無水物(PMDA)とODAのポリアミド酸15wt%DMAc溶液を加熱後膜厚が30μmになるようにスピンコート法により塗布した。加熱イミド化してポリイミド膜を形成した。この上に膜厚1.5μmのシリコン含有レジスト層を塗布した後約90℃でプリベークを行った。次に線幅6μm、長さ10cmの直線状光導波路パターンが100μm間隔に40本描かれたフォトマスクを用いて密着露光した後、現像液を用いて露光部分のフォトレジストを現像除去した。その後90℃でポストベークを行った。このパターンニングされたレジスト層をマスクとしてポリイミド膜を酸素の反応性イオンエッチングにより膜表面から6μmの深さまでエッチングした。次にポリイミドの上層に残ったレジスト層を剥離液で除去した。この表面の凹凸をSEMで観察し、6μm幅、6μm深さの溝が確認され、所望の形状の金型を作製することができた。
【0051】
次に、コア層となる6FDAとODAのポリアミド酸の15wt%DMAc溶液を金型凹部にスピンコート等の方法により塗布し、加熱イミド化させることにより埋め込んだ。こうして得られたポリイミド膜のTgは308℃であった。更に、その上にクラッド層となる6FDAとTFDBのポリアミド酸約15wt%DMAc溶液を加熱後0.7mm厚になるよう印刷法により塗布しこれを加熱イミド化した。その後、室温の水溶液に約10分間浸漬させることにより、ポリイミド積層膜を金型から剥離した。金型と接触していた面を上にして、上部クラッド層となる6FDAとTFDBのポリアミド酸の15wt%DMAc溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化させた。このようにして、埋め込み型光導波路が作製できた。
【0052】
次に本発明の第3実施形態を詳細に説明する。光導波路のコア部となる凹凸形状が形成されている金型は、シリコン、ガラス、アルミニウム、ステンレス、ポリイミド等の基板表面に、またはそれらの基板上に高分子をコートした基板表面に、メッキやプラズマエッチング、ケミカルエッチング、レーザアブレーション等の方法により光導波路のコア部となる凹凸形状を加工したものである。
【0053】
以下に、基板のポリイミド膜表面を凹凸加工した金型の作製法を図5に基づいて説明する。
【0054】
基板0の上にポリイミドの前駆体であるポリアミド酸溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化することにより、基板上にポリイミド層1を得る。ポリアミド酸溶液に用いる溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、メチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド等の極性有機溶媒を用いる。次にこの上に光回路パターンを形成するためのマスク層2を形成する。マスクとしては、アルミニウム、チタン等の金属、酸化シリコン、スピンオングラス(SOG)、シリコン含有レジスト、感光性ポリイミドなどを用いることができる。マスク層を形成した後、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、パターンニングされたレジスト層3を得る。次にレジスト層により保護されていないマスク層部分を反応性イオンエッチングやエッチング液等により除去して所望の導波路パターンとなす。マスク層2としてシリコン含有レジストや感光性ポリイミドを用いた場合はフォトレジストを使用する必要はない。
【0055】
次に反応性イオンエッチングによりポリイミドの露出している部分のみを所定の深さにエッチングした後、残ったマスク層2を反応性イオンエッチングや剥離液を用いることにより除去する。
【0056】
次に、このようにして得られた高分子光導波路作製用金型を用いた、光導波路作製方法について説明する。ここでは、ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸溶液を用いたポリイミド光導波路の作製を例に挙げて説明するが、光導波路の材料としてポリアミド酸溶液以外の光学用材料の樹脂溶液などを用いて作製することももちろん可能である。
【0057】
図6において金型を用いて光導波路を作製する場合の工程の一例を工程図として示す。図6の符号11は金型、12は下部クラッド層、13はコア層、14は上部クラッド層である。まず、得られた高分子光導波路用金型11の上に第1のポリアミド酸溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化することにより、金型上にポリイミドの下部クラッド層12を形成する。
【0058】
次に、室温で液体に10分間浸漬させ得ることにより、金型から下部クラッド層を剥離する。次に、金型との接触面であった面を上にして、この上にコア層13となるポリイミド前駆体である第2のポリアミド酸溶液をスピンコート等の方法により塗布しこれを加熱イミド化することにより、下部クラッド層上にポリイミドのコア層を形成する。次に反応性イオンエッチングなどの方法により下部クラッド層上に形成された余分のコア層を除去する。最後に上部クラッド層14となすべきポリイミドの前駆体である第1のポリアミド酸溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化する。このようにして高分子光導波路用金型を用いて埋め込み金型高分子光導波路を作製することができる。
【0059】
引き続いて、いくつかの実施例を用いて本発明の第3実施形態を更に詳しく説明する。なお、分子構造の異なる種々の高分子の溶液を用いることにより数限りない本発明の高分子光導波路が得られることは明らかである。したがって、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【0060】
実施例7
ガラス基板表面を線幅6μm、長さ10cmの直線状光導波路パターンが100μm間隔に40本、凸型になるように、C−F系エッチングガスを用い6μmエッチングした。この表面の凹凸をSEMで観察しリッジの幅と高さは6μm幅、6μm高さであり、所望の形状の金型を作製することができた。
次に、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(6FDA)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(TFDB)のポリアミド酸の15wt%DMAc溶液を金型上に加熱後膜厚が0.1mmになるようスピンコートした。加熱イミド化後、水溶液に浸漬させ、ポリイミド膜を金型から剥離した。次に、金型との接触面であった面を上にして、この上にコア層となる6FDAと4,4'−オキシジアニリン(ODA)のポリアミド酸約15wt%DMAc溶液をスピンコート等の方法により塗布しこれを加熱イミド化することにより、下部クラッド層上にポリイミドのコア層を形成した。次に反応性イオンエッチングにより下部クラッド層上に形成された余分のコア層を除去した。最後に上部クラッド層となる6FDAとTFDBのポリアミド酸の15wt%DMAc溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化する。このように下部クラッド厚0.1mmの埋め込み金型光導波路が作製できた。
【0061】
実施例8
4インチのシリコン基板にピロメリット酸二無水物(PMDA)と4,4'−オキシジアニリン(ODA)のポリアミド酸のN,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)15wt%溶液を加熱後膜厚が30μmになるようにスピンコート法により塗布した。加熱イミド化してポリイミド膜を形成した。この上に膜厚1.5μmのシリコン含有レジスト層を塗布した後約90℃でプリベークを行った。次に線幅6μm、長さ10cmの直線状光導波路パターンが100μm間隔に40本描かれたフォトマスクを用いて密着露光した後、現像液を用いて露光部分のフォトレジストを現像除去した。その後90℃でポストベークを行った。このパターンニングされたレジスト層をマスクとしてポリイミド膜を酸素の反応性イオンエッチングにより膜表面から6μmの深さまでエッチングした。次にポリイミドの上層に残ったレジスト層を剥離液で除去した。この表面の凹凸をSEMで観察しリッジの高さと幅は6μm幅、6μm高さであり、所望の形状の金型を作製することができた。
【0062】
次に、6FDAとTFDBのポリアミド酸の15wt%DMAc溶液を金型上に加熱後膜厚が0.7mmになるよう印刷法によりコートした。その後、水溶液に浸漬させ、ポリイミド膜を金型から剥離した。次に、金型との接触面であった面を上にして、この上にコア層となる6FDAとODAのポリアミド酸約15wt%DMAc溶液をスピンコート等の方法により塗布しこれを加熱イミド化することにより、下部クラッド層上にポリイミドのコア層を形成した。次に反応性イオンエッチングにより下部クラッド層上に形成された余分のコア層を除去した。最後に上部クラッド層となる6FDAとTFDBのポリアミド酸の15wt%DMAc溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化する。このように下部クラッド厚0.7mm埋め込み金型光導波路が作製できた。
【0063】
以上の例で水溶液に浸漬するかわりに例えば80℃、85%RHの水蒸気雰囲気に曝すことにより金型から高分子を剥離することもできる。
【0064】
実施例では上下のクラッド層、コア層、金型表面の樹脂はいずれもポリイミド樹脂で説明したが、これらの層を構成する樹脂はポリイミド樹脂以外にポリウレタン、ポリエステルなど広く用いることができる。
【0065】
【発明の効果】
以上詳説したように本発明によれば、1)射出成形では困難であった高耐熱性材料を用いることができるので、得られた光導波路基板に電子部品などを搭載する際のハンダ耐熱性が得られる。2)第1の高分子を低い粘度で転写できるので、転写率がほぼ100%で忠実な転写が可能となる。3)光導波路基板をフィルム状に成形することも可能となる。4)高アスペクト比の成形が可能でコアの高さが50μmのようなマルチモード光導波路が容易に作製可能である。
【0066】
また、本発明に係る製造方法により、原版と高分子とが容易に剥離でき、種々の膜厚を持つ高分子光導波路が量産可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態において金型を作製する工程の一例を示す工程図である。
【図2】本発明の第1実施形態において金型を用いて光導波路を作製する工程の一例を示す工程図である。
【図3】本発明の第2実施形態において金型を作製する工程の一例を示す工程図である。
【図4】本発明の第2実施形態において金型を用いて光導波路を作製する工程の一例を示す工程図である。
【図5】本発明の第3実施形態において金型を作製する工程の一例を示す工程図である。
【図6】本発明の第3実施形態において金型を用いて光導波路を作製する工程の一例を示す工程図である。
【符号の説明】
0 基板
1 ポリイミド層
2 マスク層
3 レジスト層
4 犠牲層
11 金型
12 下部クラッド層
13 コア層
14 上部クラッド層
Claims (5)
- 第1の高分子からなるクラッド層と、
第1の高分子の表面に設けられた凹部に形成され、第2の高分子からなるコア部とを少なくとも備えた高分子光導波路の製造方法において、
コア部を形成するための断面凸形状が形成されている、高分子樹脂を含む原版上に、溶融状態または溶液状態の第1の高分子を塗布し、該第1の高分子を紫外線あるいは熱によって硬化させた後、原版および高分子を液体に浸漬して、該第1の高分子を原版から剥離させることにより表面に転写された凹部を備えた前記クラッド層を得る工程を含むことを特徴とする高分子光導波路の製造方法。 - 第1の高分子からなるクラッド層と、
第1の高分子の表面に設けられた凹部に形成され、第2の高分子からなるコア部とを少なくとも備えた高分子光導波路の製造方法において、
コア部を形成するための断面凹形状が形成されている、高分子樹脂を含む原版上に、溶融状態または溶液状態の第2の高分子を塗布し、該第2の高分子を紫外線あるいは熱によって硬化させた後、その上から溶融状態または溶液状態の第1の高分子を塗布し、硬化させた後、原版および高分子を液体に浸漬して、第1および第2の高分子を原版から剥離させる工程を含むことを特徴とする高分子光導波路の製造方法。 - 前記原版の表面に、高分子と原版を剥離し易くするための犠牲層を形成した後、第1の高分子または第2の高分子を塗布することを特徴とする請求項1または2記載の高分子光導波路の製造方法。
- 犠牲層が酸化シリコン層であり、該犠牲層をエッチング除去することを特徴とする請求項3記載の高分子光導波路の製造方法。
- クラッド層およびコア部の上に、第3の高分子からなる第2のクラッド層を形成することを特徴とする請求項1または2記載の高分子光導波路の製造方法。
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