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JP2000056147A - 高分子光導波路の製造方法 - Google Patents

高分子光導波路の製造方法

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Publication number
JP2000056147A
JP2000056147A JP22441098A JP22441098A JP2000056147A JP 2000056147 A JP2000056147 A JP 2000056147A JP 22441098 A JP22441098 A JP 22441098A JP 22441098 A JP22441098 A JP 22441098A JP 2000056147 A JP2000056147 A JP 2000056147A
Authority
JP
Japan
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optical waveguide
polyimide
polymer
polymer film
film
Prior art date
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Pending
Application number
JP22441098A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigekuni Sasaki
重邦 佐々木
Toru Matsuura
松浦  徹
Noriyoshi Yamada
典義 山田
Fumio Yamamoto
二三男 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Advanced Technology Corp
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
NTT Advanced Technology Corp
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フォトプロセスとRIEの工程を用いず、極
めて安価で耐熱性すぐれた高分子光導波路の製造方法を
提供。 【解決手段】 基板と、該基板上に形成されたクラッド
層と、該クラッド層上に形成されたコアとを少なくとも
有する高分子光導波路の製造方法であって、クラッド層
は、該基板上に高分子膜を形成する工程と、高分子膜の
ガラス転移温度以上かつ熱分解開始温度以下の温度で高
分子膜を加熱保持し、金型を用いて高分子膜を押圧する
ことで高分子膜上に凹部分または凸部分を形成する工程
とによって形成されることを特徴とする。好ましくは、
高分子膜はポリイミド膜、特に好ましくはフッ素化ポリ
イミド膜である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【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、特に製造コストが安価で、かつ耐熱性に優れ
たポリイミド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。
【0003】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特性が要求される。
【0004】低損失光導波路としては主に石英系が検討
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、光導波路に適用した場合も
波長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、石英系光導波路は、そ
の作成に長時間を要し、また作製時に高温環境を必要と
することから製造コストが他の材料のものと比べて相対
的に高くなるという問題がある。これに対して、ポリメ
チルメタクリレート等の高分子有機材料を用いた光導波
路は低い温度で成形が可能であり、低価格化が期待でき
る等の長所がある。しかし、このような高分子光導波路
は耐熱性に劣るという欠点がある。そのため、従来から
耐熱性に優れた高分子光導波路が求められてきた。
【0005】本発明者らは光導波路に適用可能な耐熱性
に優れたポリイミド光学材料について研究開発を進め、
光透過性および屈折率制御性に優れたフッ素化ポリイミ
ドを開発した。さらに、それを用いたフッ素化ポリイミ
ド光導波路は、特開平4−9807号公報、特開平4−
235505号公報、および特開平4−235506号
公報に開示されている。これらの公報に開示されたフッ
素化ポリイミド光導波路は、無機系の石英光導波路の製
造方法と同様に、フォトプロセス及びリアクティブ・イ
オン・エッチング(RIE)を用いる方法で製造されて
いる。このような製造方法を用いることで、耐熱性に優
れた低光損失高分子光導波路が得られている。また、上
記製造方法によるフッ素化ポリイミド光導波路の製造
は、石英光導波路の製造と比較すれば十分低コスト化が
可能である。しかし、フォトプロセスおよびRIEの工
程を利用するため、当業者が満足するようなコスト削減
には至らない。
【0006】フォトプロセスまたはRIEの工程を介し
ない高分子光導波路の製造方法の例がいくつか報告され
ている。例えば、選択重合法と呼ばれる高分子光導波路
の製造方法が知られている。この方法は、高分子フィル
ム中に架橋性モノマーを含浸させ、これにフォトマスク
を通して紫外線を照射した後、さらに真空乾燥して紫外
線未照射部分のモノマーを除去するものである。通常、
高分子フィルムとしてはポリカーボネートを用い、また
架橋性モノマーとしてはアクリルモノマーを用いる。こ
のような選択重合法は、RIEを用いないため工程の簡
略化および製造コストの低減を達成することができる。
しかし、選択重合法によって得られた光導波路はポリカ
ーボネートおよびアクリル樹脂からなるため耐熱性に劣
るという問題点がある。また、その他の製造方法として
は、架橋性モノマー膜を形成した後にフォトマスクを通
して紫外線を照射し、さらに溶剤で紫外線未照射部分の
モノマーを除去する方法が知られている。しかし、この
方法も紫外線架橋で作製された重合物が耐熱性に劣ると
いう問題がある。さらに別の方法として、本発明者らは
特願平8−18233号において、ポリイミドの前駆体
溶液であるポリアミド酸溶液を基板上に塗布した後に金
型を押しつける工程と、該金型が押しつけられたポリア
ミド酸溶液塗布面を加熱キュアすることで、金型に応じ
た凹部分または凸部分を有するポリイミド膜を形成する
工程とを含む製造方法を開示している。しかし、溶媒が
含まれたポリアミド酸溶液塗布面に凹部分または凸部分
を形成し、その後に加熱キュアを施してポリイミド膜を
形成するため、凹部分または凸部分の寸法制御が難しい
という問題がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来か
らフォトプロセスおよびRIEの工程を用いないで高分
子光導波路を製造する試みがなされてきたが、いずれの
場合も耐熱性に優れた高分子光導波路を提供することが
できなかった。したがって、従来からフォトプロセスお
よびRIEの工程を用いないで極めて安価に耐熱性の高
分子光導波路を製造する方法が求められている。
【0008】本発明の目的は、フォトプロセスとRIE
の工程を用いず、極めて安価で耐熱性すぐれた高分子光
導波路の製造方法を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明にもとづく高分子光導波路は、基板と、該基
板上に形成されたクラッド層と、該クラッド層上に形成
されたコアとを少なくとも有する高分子光導波路の製造
方法であって、クラッド層は、該基板上に高分子膜を形
成する工程と、高分子膜のガラス転移温度以上かつ熱分
解開始温度以下の温度で高分子膜を加熱保持し、金型を
用いて前記高分子膜を押圧することで前記高分子膜上に
凹部分または凸部分を形成する工程とによって形成され
ることを特徴とする。
【0010】本発明に用いる高分子材料としては特に限
定はないが、光導波路用材料として実績のあるポリメチ
ルメタクリレート、ポリカーボネート、芳香族ポリエス
テル、ポリアリレート、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、
アクリル樹脂およびこれらのフッ素化物、重水素化物な
どが挙げられる。好ましくは耐熱性に優れた高分子材料
が良く、最も好適なのはポリイミドである。さらにポリ
イミドの中でも光透過性、耐湿性に優れているフッ素化
ポリイミドがさらに良い。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の高分子光導波路の製造方
法は、高分子膜をガラス転移温度以上熱分解開始温度以
下の温度に保持したまま金型で凹部分または凸部分を作
製する工程を含む。
【0012】本発明では、好ましくはポリイミドを用い
る。このポリイミドは、基本的には特に限定されるもの
ではないが、ガラス転移温度が150℃以上、好ましく
は200℃以上、さらに好ましくはハンダに耐える耐熱
性を有しているポリイミド(すなわち低融点ハンダの場
合ではガラス転移温度が260℃以上、通常のハンダを
使用する場合では300℃以上)が好ましい。また光導
波路に用いるため光透過性に優れているものが特によ
く、フッ素化ポリイミドが特に好適である。
【0013】金型としては種々の材質のものが使用でき
るが加熱プレスを行うため耐熱性に優れたものが好適で
あり、金属材料、半導体材料、無機材料等が使用でき
る。金型の寸法は特に限界はなく、製造するポリイミド
光導波路にあわせて決めれば良い。例えば凸部または凹
部の寸法は数μmから100μmの間が最も一般的であ
る。正方形でも半円状でも良い。
【0014】凸型金型を用いてポリイミド光導波路を作
製する場合は、例えば次のような工程を経れば良い。シ
リコンウェハ等の基板上に屈折率の比較的小さなポリイ
ミドの前駆体溶液をスピンコート等の方法で均一に塗布
する。これを加熱キュアしてポリイミド膜を得る。次
に、このポリイミド膜を温度制御ができるプレス機に装
着し、ポリイミド膜のガラス転移温度以上かつ熱分解開
始温度以下の温度に設定する。このポリイミド膜上に凸
型金型を装着し、設定温度で圧力をかけていく。次にプ
レスを冷やした後凸型金型をポリイミド膜から取り外し
て凹状のポリイミド膜を得る。これがクラッド層にな
る。この上にコア部分となる屈折率が比較的大きなポリ
イミドの前駆体溶液をスピンコート等の方法で塗布した
後加熱キュアしてポリイミド膜を得る。このポリイミド
膜がコアになる。これでポリイミド光導波路ができる。
なお、必要に応じてクラッドの凹部分からはみ出したコ
アのポリイミドを取り除いてもよい。取り除く方法とし
てはRIEなどドライエッチングする方法もあるが、低
製造コストを実現するためには研磨して取り除くのが好
適である。このようにしてクラッド層に形成された凹部
分にコアが埋め込まれたポリイミド光導波路ができる。
さらに、この上部にクラッド層と同じポリイミドの前駆
体溶液をスピンコート等の方法で均一に塗布し、加熱キ
ュアすることにより埋め込み型ポリイミド光導波路を得
ることもできる。
【0015】以下本発明にもとづく高分子光導波路の製
造方法の一例について図面を参照しながら説明する。図
1は、本発明にもとづく高分子光導波路の製造方法に適
用される凸型金型の断面図である。図2は、図1に示す
凸型金型を用いる高分子光導波路の製造方法の一例とし
て、ポリイミド光導波路の製造方法の各工程を示す。す
なわち、図中(a)ないし(e)は各工程に対応したポ
リイミド光導波路の断面図ある。また図1中、参照符号
1は図2に示す基板2に対向する側の面の2ケ所に凸部
が形成された凸型金型である。以下、ポリイミド光導波
路の製造方法を以下説明する。
【0016】まずはじめに、シリコンウエハ等からなる
基板2の一面にポリイミドフィルム3を形成する(図2
(a))。すなわち、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
ノビフェニルとからフッ素化ポリイミド酸のN、N−ジ
メチルアセトアミド(以下DMAcと略記する)溶液
(固形分濃度15wt%、粘度80ポイズ)を調製す
る。この溶液を基板2の一面上にスピンコートした後、
オーブン中で徐々に温度を上げながら加熱し、最後に3
50℃で1時間加熱することによって、ポリイミドフィ
ルムを得る。このように形成されたポリイミドフィルム
を下部クラッド層3とする。
【0017】つぎに、下部クラッド層3が設けられた基
板2と金型1とを加熱プレス機に装着し、徐々にプレス
温度およびプレス圧力を上げてゆき、最終的に380℃
および60kg/cm2 とする。その後、加熱プレス機
を冷やして金型1を取り去ることで、下部クラッド層3
に凹部31が形成される(図2(b))。
【0018】さらに、凹部31が形成された下部クラッ
ド層3の上に、ピロメリット酸二無水物と2,2′−ビ
ス(トリフルオロメチル)−4,4′−ジアミノビフェ
ニルとから製造されるフッ素化ポリアミド酸のDMAc
溶液(固形分濃度15wt%、粘度80ポイズ)をスピ
ンコートし、その後オーブン中で徐々に温度をあげてい
き、最後に350℃で1時間加熱することで、第2のポ
リイミドフィルム4を得る。このようにして得られたポ
リイミドフィルムをコア層4とする(図2(c))。
【0019】図2(c)に示す状態で光導波路としての
機能を得ることが可能であるが、完全な埋め込み型ポリ
イミド光導波路を作製するためには、さらに以下のよう
な工程を行う。
【0020】下部クラッド層3の表面を覆うコア層4
を、凹部31に埋没した部分を残すようにして研磨する
ことで、コア5を得る(図2(d))。
【0021】最後に、下部クラッド層3と同様のフッ素
化ポリアミド酸のDMAc溶液を、下部クラッド層3上
にスピンコートし、さらにオーブン中で徐々に温度をあ
げていき、最後に350℃で1時間加熱することで、上
部クラッド層6を得る(図2(e))。これによって、
埋め込み型ポリイミド光導波路を得ることができる。
【0022】本実施形態例では、この埋め込み型ポリイ
ミド光導波路のコア5の寸法を50μm×50μmとす
る。この光導波路に波長1.3μmのTE波の光を通
し、光損失を測定したところ、0.4dB/cmと良好
な特性を示した。波長1.3μmのTE波におけるコア
のフッ素化ポリイミドの屈折率は1.61、上部クラッ
ド層6および下部クラッド層3のフッ素化ポリイミドの
屈折率は1.52である。
【0023】なお、金型を用いて凹部を形成したポリイ
ミドのガラス転移温度は335℃、熱分解開始温度は4
84℃である。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の高分子光
導波路の製造方法によれば、従来の高分子光導波路の製
造方法に比べてコストを大幅に低減することが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の高分子光導波路の製造方法に適用され
る凸型金型の断面図である。
【図2】本発明の高分子光導波路の製造方法の一例とし
てポリイミド光導波路の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
1 金型(凹型金型) 2 基板 3 下部クラッド層 4 コア層 5 コア 6 上部クラッド層 31 凹部
フロントページの続き (72)発明者 松浦 徹 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 (72)発明者 山田 典義 東京都武蔵野市御殿山一丁目1番3号 エ ヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株 式会社内 (72)発明者 山本 二三男 東京都武蔵野市御殿山一丁目1番3号 エ ヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株 式会社内 Fターム(参考) 2H047 AA03 EE02 EE24 EE28 GG05

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と、該基板上に形成されたクラッド
    層と、該クラッド層上に形成されたコアとを少なくとも
    有する高分子光導波路の製造方法であって、前記クラッ
    ド層は、 前記基板上に高分子膜を形成する工程と、 前記高分子膜のガラス転移温度以上かつ熱分解開始温度
    以下の温度で、前記高分子膜を加熱保持し、金型を用い
    て前記高分子膜を押圧することで前記高分子膜上に凹部
    分または凸部分を形成する工程と、 によって形成されることを特徴とする高分子光導波路の
    製造方法。
  2. 【請求項2】 前記高分子膜は、ポリイミド膜であるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の高分子光導波路の製造
    方法。
  3. 【請求項3】 前記ポリイミド膜はフッ素化ポリイミド
    膜であることを特徴とする請求項2に記載の高分子光導
    波路の製造方法。
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