JPH05164929A - ポリイミド光導波路の作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光導波路の他の製造工程とマッチングのとれ
る、膜厚を精密に制御したポリイミドコア層を有するポ
リイミド光導波路のドライな作製方法を提供する。 【構成】 コア層を蒸着重合法で作製する、コア層がポ
リイミドからなるポリイミド光導波路の作製方法。コア
層の形成は、真空蒸着重合装置で行うのが好適である。
重合は通常ジアミンと酸二無水物との反応で行う。基板
上での膜成長で反応を行うが、成長後の膜がポリアミド
酸の場合には、引続き基板を加熱してポリイミド化を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光導波路の作製方法に
関し、特に耐熱性に優れ、かつ膜厚精度に優れたプラス
チック光導波路の作製方法及びドライな製法を用いるプ
ラスチック光導波路の作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】低損失光ファイバの開発による光通信シ
ステムの実用化に伴い、種々の光通信用部品の開発が望
まれている。またこれらの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、
コア層とクラッド層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ている。光損失が
小さい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とした場合も波長１．３μｍにお
いて０．１ｄＢ／ｃｍ以下の低損失化が達成されてい
る。しかし石英系光導波路の作製時には１０００℃以上
の高温の行程が必要であるため、光導波路を形成する基
板が限定され、また光部品を搭載した後には形成できな
いなどの問題がある。これに対してポリメチルメタクレ
レート（ＰＭＭＡ）などのプラスチック光導波路は、低
い温度で導波路形成が可能である。しかしＰＭＭＡの場
合、反面、耐熱性（ハンダ耐熱性）に劣る、長波長で十
分な光の低損失化が達成されていない、などの欠点があ
る。プラスチックの中で最も耐熱性に優れているポリイ
ミドはこれまでに宇宙・航空分野や電子通信分野を中心
に使われている。ポリイミドは耐熱性に優れているが、
ポリイミド特有の褐色を呈するため、これまで光関係へ
の適用はあまり検討されていない。本発明者らは光関係
への適用を狙いとして無色透明なポリイミドを開発した
〔松浦 徹ほか、マクロモレキュールス（ Macromolecu
les ) 、第２４巻、第１８号、第５００１頁（１９９
１）〕。またこのポリイミドを用いて低光損失なポリイ
ミド光導波路を得ることができた（特願平２−１１０５
００号）。ポリイミド光導波路の一般的な作製方法は、
以下の通りである。ポリアミド酸溶液又はポリイミド溶
液を例えばスピンコート法で塗布し、加熱して溶媒を揮
発させることによりポリイミド薄膜を作製し、種々のプ
ロセスを経てポリイミド導波路を得る。ジャーナル オ
ブ ライトウェーブ テクノロジー（ Journal ofLight
wave Technology )、第６巻、第６号、第１０３４頁
（１９８８）でラビセルバラジ（ Ravi Selvaraj )らが
報告しているポリイミド光導波路の作製方法も同様で、
ポリアミド酸溶液をスピンコートし、加熱してポリイミ
ド薄膜を作製する方法である。これまでポリイミド導波
路の報告はあまりないが、既報の作製方法はすべてポリ
アミド酸溶液又はポリイミド溶液を用い、これをスピン
コート法などを用いてポリイミド薄膜を作製する工程を
含んでいる。この工程は簡易にポリイミド薄膜を作製で
きる長所があるが、重量％で８０〜９０％の溶媒を揮発
させるため、膜厚の制御が難しいという欠点があり、光
部品の種類によっては光導波路との接続を行う上で導波
路の膜厚を精度よく制御する必要が生じ、ポリアミド酸
又はポリイミド溶液を用いる方法ではこの要求に応えら
れないという問題点があった。またこの工程は有機溶媒
を使用し、真空中で行うことが不可能な、いわゆるウェ
ットな工程であるため、導波路作製のために必要な他の
ドライな工程とのマッチングが悪いという欠点があっ
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように従来のポリ
イミド導波路の作製方法では、ポリイミド薄膜の厚さを
精密に制御することが難しく、例えばコア層の膜厚の制
御が困難であった。本発明はかかる実情にかんがみ、膜
厚を精密に制御したポリイミドコア層を有するポリイミ
ド光導波路を提供することを目的とする。また従来のポ
リイミド導波路の作製法ではウェットな方法であるた
め、例えばこの工程においては部品全体を真空槽外に運
びだし、有機溶媒に接触させる必要があった。本発明は
光導波路の他の製造工程とマッチングのとれるドライな
製法で作製したポリイミドコア層を有するポリイミド光
導波路を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明を概説すれば、本
発明はポリイミド光導波路の作製方法に関する発明であ
って、コア層がポリイミドからなるポリイミド光導波路
の作製方法において、コア層を蒸着重合法で作製するこ
とを特徴とする。

【０００５】本発明者らは、上記課題を解決するため鋭
意研究を行った結果、本発明を完成するに至った。

【０００６】本発明のポリイミド光導波路の構造は、一
般に製造されているすべての光導波路と同様でよく、例
えばファイバ型、平面型、リッジ型、レンズ型、埋め込
み型等がある。コア層はポリイミドである必要がある
が、クラッド層はポリイミドに限らず、種々のものが使
用できる。例えば空気をクラッドに用いてもよい。また
導波路のモードはマルチでもシングルでもよい。

【０００７】コア層として使用するポリイミドは、すべ
てのポリイミドが使用できる。特願平２−１１０５００
号明細書｛ポリイミド系光導波路｝に記載されているポ
リイミドはもちろんのこと、これまでに開発されたすべ
てのイミド環を有するポリイミド、更に本発明者らが最
近開発した特願平３−２３５０２０号明細書に示される
全フッ素化ポリイミド、また今後開発される可能性のあ
るポリイミドでもすべて使用できる。また三つ以上のモ
ノマーを用いたポリイミド共重合体も使用できる。

【０００８】コア層の形成に当っては真空蒸着重合装置
を用いる方法が好適である。真空蒸着重合装置の構成例
は最も基本的なものとして図１が挙げられる。符号１は
ポリイミドモノマーの蒸発源をるつぼ内に充てんしたエ
ヒュージョンセル、符号２はセルからのポリイミドモノ
マービームをオンオフするためのシャッタ、符号３は加
熱、冷却機構を内蔵した基板ホルダ、符号４はポリイミ
ドを作製するための基板、符号５は基板用のシャッタ、
符号６はポリイミドモノマーの蒸着速度をモニタするた
めの膜厚モニタ、符号７は装置内を真空に引くためのポ
ンプ類である。図１の構成例は一般的なポリイミドモノ
マーに対するものであって、真空中で非常に高い蒸気圧
を持つなどの特殊なモノマーに対しては、エヒュージョ
ンセルにバルブをつけるなどの改造を行って対応ができ
る。またポリイミドの共重合体を作製する場合はモノマ
ーの数に対応するエヒュージョンセルを用意することで
対応ができる。

【０００９】真空蒸着重合法によるポリイミドコア層の
一般的な作製法を以下に示す。膜厚モニタで蒸着速度を
モニタしながらエヒュージョンセルの温度を徐々に上昇
する。またエヒュージョンセル温度の上昇と同時に基板
を加熱又は冷却して所定の温度にする。モノマー（酸二
無水物及びジアミン）の蒸着速度比がポリイミドを作製
するために最適な、あらかじめ求めておいた値になるよ
うに両エヒュージョンセルの温度を調節する。成長はエ
ヒュージョンセル前面のシャッタを開き続いて基板前面
のシャッタを開くことで開始される。両モノマーは基板
上で反応しポリアミド酸若しくはポリイミドとなる。未
反応のモノマーは再蒸発する。成長膜厚は膜厚モニタで
モニタを行い、所望の膜厚になったら３枚のシャッタを
閉じて成長を停止する。成長後の膜がポリアミド酸であ
る場合は引続き基板の加熱を行い、イミド化を行う。こ
のようにしてポリイミド薄膜を作製する。

【００１０】使用できるポリイミドモノマーは通常は固
体のジアミンと酸二無水物であるが、液体を含めたその
他のポリイミド重合用モノマーも使用できる。ジアミン
と酸二無水物は、コア層に使用できるポリイミドとして
先に記述したポリイミドの合成原料となるジアミンと酸
二無水物はすべて使用できる。

【００１１】コア層の厚さは、種々設定できるが、導波
路の使用方法により種々設定することが可能である。

【００１２】リッジ型光導波路の作製方法について図２
を参照しつつ説明する。すなわち図２は本発明によるリ
ッジ型光導波路の作製方法の一例を示す工程図であっ
て、符号１１は基板、符号１２は下部クラッド層、符号
１３はポリイミドコア層、符号１４はアルミニウム層、
符号１５はレジスト層を意味する。シリコン等の基板１
１の上に作製した下部クラッド層１２の上に蒸着重合法
によりポリイミドのコア層を作製する。次に蒸着によ
り、アルミニウム層１４をつけた後レジスト塗布、プリ
ベーク、露光、現像、ポストベークを行いパターンニン
グされたレジスト層１５を得る。アルミニウムをウェッ
トエッチングにより除去した後、ポリイミドをドライエ
ッチングにより除去する。最後に残ったアルミニウム層
１４をウェットエッチングで除去し、光導波路を得る。
このようにしてコア層が蒸着重合法で作製されたポリイ
ミドであるリッジ型光導波路が得られる。

【００１３】

【実施例】以下いくつかの実施例を用いて本発明を詳し
く説明する。なお、本発明によれば種々のポリイミド、
また光導波路構造により数限りないポリイミド光導波路
が得られることは明らかであり、本発明はこれらの実施
例にのみ限定されるものではない。特に光導波路構造と
して本実施例では平面型とリッジ型を示しているが、上
部クラッドを作製することにより埋め込み型も容易に作
製できることは明らかである。

【００１４】実施例１ 真空蒸着重合装置のエヒュージョンセルにポリイミドモ
ノマーである４，４′−オキシジアニリン（ＯＤＡ）と
ピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）を充てんし、表面
が酸化シリコン層で覆われたシリコンウェハを基板ホル
ダに装着し真空引きを行った。１０^-6Ｔｏｒｒ以下の真
空度に達したら、基板温度を室温に維持し、ＯＤＡとＰ
ＭＤＡの蒸着速度比が等しくなるようにエヒュージョン
セルを加熱する。等しい蒸着速度比を得た時点でシャッ
タを開き成長を開始し、膜厚が８μｍになるように成長
時間を設定して真空蒸着を行った。基板表面に作製され
た膜はポリアミド酸薄膜であるので、その後３００℃に
加熱しイミド化を行った。このようにして下部クラッド
層が酸化シリコン層、コア層がＰＭＤＡ−ＯＤＡ真空蒸
着重合ポリイミド、上部クラッド層が空気層の最も単純
な平面型光導波路が得られた。この光導波路のコア層の
膜厚を測定した結果、光導波路面内の膜厚は８．００±
０．０８μｍの範囲内であった。

【００１５】実施例２ 実施例１において作製したコア層がＰＭＤＡ−ＯＤＡポ
リイミド薄膜の平面導波路に、アルミニウムを引続き真
空蒸着した。その後レジストを塗布し、プリベーク、露
光、現像、ポストベークを行いパターンニングされたレ
ジスト層を得た。アルミニウムをウェットエッチングに
より除去した後、ポリイミドをドライエッチングにより
除去した。最後に残ったアルミニウム層をウェットエッ
チングで除去し、導波路幅８μｍで下部クラッド層が酸
化シリコン層、コア層が真空蒸着で作製されたＰＭＤＡ
−ＯＤＡポリイミド、上部クラッドが空気層であるリッ
ジ型光導波路を得た。この、長さ１インチ、幅８μｍの
光導波路のコア層の膜厚を測定した結果８．００±０．
０８μｍの範囲内であった。

【００１６】実施例３〜１０ 実施例１におけるポリイミドモノマーであるＰＭＤＡ、
ＯＤＡを表１に示す酸二無水物、ジアミンに変えて膜厚
が８μｍとなるよう蒸着速度、蒸着時間を設定して、実
施例１と同様に平面型光導波路を得た。コア層の膜厚を
測定した結果を表１に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】ＴＦＤＢ：２，２′−ビス−トリフルオロ
メチル−４，４′−ジアミノビフェニル ６ＦＤＡ：２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニ
ル）ヘキサフルオロプロパン二無水物 ４ＦＭＰＤ：テトラフルオロ−ｍ−フェニレンジアミン ８ＦＯＤＡ：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 １０ＦＥＤＡ：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二無水
物 Ｐ２ＦＤＡ：１，４−ジフルオロピロメリット酸二無水
物

【００１９】実施例１１〜１７ 実施例３〜１０において作製した平面型光導波路を実施
例２と同様の方法により作製し、リッジ型光導波路を得
た。長さ１インチ、幅８μｍのコア層の膜厚を測定した
結果膜厚はすべて８．００±０．０８μｍの範囲内であ
った。

【００２０】比較例１ 表面が酸化シリコン層で覆われたシリコンウェハ上にジ
アミンとしてＴＦＤＢ、酸二無水物として６ＦＤＡを用
いて作製したポリイミド前駆体のポリアミド酸の１５ｗ
ｔ％Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド溶液を加熱後の膜厚
が１０μｍになるようにスピンコート法により塗布した
後、３５０℃で熱処理をした。このようにして下部クラ
ッド層が酸化シリコン層、コア層が６ＦＤＡ−ＴＦＤＢ
ポリイミドの平面型光導波路が得られた。この光導波路
のコア層の膜厚を測定した結果、光導波路面内の膜厚は
１０．０±０．４μｍであった。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば従来のポリイミド導波路
の作製法では不可能であった、有機溶媒を使用せず真空
中で行えるドライな方法で厚さを精密に制御したポリイ
ミドコア層を持つ光導波路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による真空蒸着重合法に用いる装置の構
成例を示す装置図である。

【図２】リッジ型光導波路の作製方法の一例を示す工程
図である。

【符号の説明】

１：エヒュージョンセル、２：シャッタ、３：基板ホル
ダ、４：基板、５：シャッタ、６：膜厚モニタ、７：真
空ポンプ、１１：基板、１２：下部クラッド層、１３：
コア層、１４：アルミニウム層、１５：レジスト層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 慎治 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コア層がポリイミドからなるポリイミド
   光導波路の作製方法において、コア層を蒸着重合法で作
   製することを特徴とするポリイミド光導波路の作製方
   法。