JPH1010302A - 脂環式ポリイミドの多層膜を有する光部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 透明性、等方性及び耐クラック性に優れたポ
リイミドの多層膜を有する光学特性に優れた光部品を提
供する。 【解決手段】 脂環式テトラカルボン酸成分と芳香族ジ
アミン又はジイソシアネートとを反応させて得られるポ
リイミドであって、波長０．７〜１．６μｍにおける光
伝送損失が１ｄΒ／ｃｍ以下であり、ＴＥモードとＴＭ
モードの屈折率差が０．０２以下であるポリイミドの多
層膜を有する光部品。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポリイミド膜を有
する光部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリイミドは、半導体プロセス温度に耐
え得るなどの優れた耐熱性の特徴を有することから、電
子部品の層間絶縁膜などに利用されている。これらのポ
リイミドとしては信号の高速化の観点から低誘電率のも
のが求められている。また、光通信、光情報処理システ
ムの電子・光部品、光部品における光導波路としてもポ
リイミドは期待され始めており、このポリイミドには光
伝送損失が小さいこと、すなわち透明性が要求されてい
る。

【０００３】このような低誘電率、透明性を有するポリ
イミドが最近種々開発され、例えば、特開平４−２３９
０３７号公報、特開平４−３２８５０４号公報、特開平
４−３２８１２７号公報にその例が報告されている。ま
た、マクロモレキュールズ（Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌ
ｅｓ）、第２７巻、第６６６５〜６６７０頁（１９９
４）にも、これらのポリイミドについて光伝送損失が詳
述されている 。

【０００４】これらのポリイミドは、低誘電率や透明性
を高めるためにフッ素原子が置換されている。しかし、
フッ素置換数が多くなり、フッ素含有率が多くなると、
多層膜形成の時にクラックが発生し多層化が困難になっ
たり、加工性が悪くなったり、ポリイミド前駆体溶液の
合成が高分子量化しにくく困難になったり、ポリイミド
前駆体溶液の保存安定性が低粘度変化しやすいために悪
くなるなどの問題点が生じる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり、透明
性、等方性及び耐クラック性に優れたポリイミドの多層
膜を有する光学特性に優れた光部品を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、脂環式テトラ
カルボン酸成分と芳香族ジアミン又はジイソシアネート
とを反応させて得られるポリイミドであって、波長０．
７〜１．６μｍにおける光伝送損失が１ｄΒ／ｃｍ以下
であり、ＴＥモードとＴＭモードの屈折率差が０．０２
以下であるポリイミドの多層膜を有する光部品を提供す
るものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明で用いられるポリイミド
は、常法により種々の製法で製造できるが、脂環式テト
ラカルボン酸成分としては、例えば、脂環式テトラカル
ボン酸の酸無水物、酸無水物のハーフエステル、酸塩化
物等が挙げられる。

【０００８】酸成分とジアミン成分とを反応させてポリ
イミドを得る場合、例えば、酸無水物成分とジアミン成
分とを反応させて、まず、ポリイミド前駆体としてのポ
リアミド酸を得、次いで、このポリアミド酸を脱水閉環
によりイミド化してポリイミドとすることができる。ま
た、前記のような２段階工程を経ず、１段階でポリイミ
ドとすることもできる。

【０００９】本発明で用いられるポリイミドは、酸成分
に由来する脂環式構造を有しているため、多層膜を形成
した際に優れた耐クラック性を有している。また、本発
明で用いられるポリイミドは、ＴＥモードとＴＭモード
の屈折率差が０．０２以下であることが必要である。

【００１０】ＴＥモードとＴＭモードの屈折率差が０．
０２を超えると異方性が大きすぎ、等方性が求められる
デバイスに用いることができない。ＴＥモードとＴＭモ
ードの屈折率差はポリイミドに脂環式構造を導入するこ
とにより低減できる。

【００１１】ＴＥモードとＴＭモードの屈折率は、市販
の装置により測定することができ、そのような装置とし
ては、例えば、プリズムカプラモデル２０１０（メトリ
コン社製）等が挙げられる。

【００１２】本発明で用いられるポリイミドの波長０．
７〜１．６μｍにおける光伝送損失は、１ｄΒ／ｃｍ以
下であることが必要である。

【００１３】光伝送損失が１ｄΒ／ｃｍを超えると、透
明性に劣るために光部品への適用が困難となる。

【００１４】光伝送損失は、ポリイミド膜中の導波光が
レイリー散乱等によって減衰する量として定義され、以
下に、光伝送損失の測定法を図面を用いて説明する。

【００１５】図１は、プリズムを載せた光伝送損失測定
用基板の模式的な断面図である。図１において、シリコ
ン基板１の上には、酸化シリコン層２が形成されてお
り、この酸化シリコン層２の上に形成したポリイミド膜
３の上にプリズム４を載せ、例えば、１．３μｍのレー
ザー光を入射光線５としてプリズムを通して、ポリイミ
ド膜３中に導入する。そして、膜中を導波する導波光の
減衰量を検出する方法によって光伝送損失を測定するこ
とができる。通常、次の３つの検出方法がよく用いられ
る。

【００１６】第１は、ＣＣＤカメラを用いる方法で、感
度的には３つの内で最も劣る難点があるが、簡便で材料
スクリーニングには有効な方法である。

【００１７】第２は、フォトダイオード等の検出器を導
波光上を直接掃引して散乱光を測定する方法である。

【００１８】第３は、プリズムカプラ法と呼ばれるもの
で、検出位置に第２のプリズムをセットして出射してく
る光を測定する方法で最も高感度である。

【００１９】本発明においては光伝送損失は上記の第３
の方法により測定した。ポリイミドの０．７〜１．６μ
ｍにおける光伝送損失は、ポリイミドに脂環式構造を導
入することにより低減できる。

【００２０】なお、ポリイミドだけでは主に受動的（パ
ッシブ）な性質であるが、このポリイミドに４−Ｎ，Ｎ
−ジメチルアミノ−４′−ニトロスチルベン等のその他
の外部からの電気、熱、光等の刺激により非線形性を有
する材料を混合したり、非線形性を有する置換基をポリ
イミドに付与してポリイミドに非線形性を持たせて光の
強度変調、位相変調、波長変換等の能動的（アクティ
ブ）な性質を持たせることもできる。

【００２１】本発明のポリイミドの前駆体であるポリア
ミド酸は、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，
Ｎ−ジメチルアセトアミド、γ−ブチロラクトン、ジメ
チルスルホキシド、ジグライム等の極性溶液中で、脂環
式テトラカルボン酸成分と芳香族ジアミン又はジイソシ
アネート（以下、芳香族ジアミン成分ということがあ
る。）との反応により得られる。酸無水物成分とジアミ
ン成分はほぼ等モルとして反応させることが好ましく、
反応温度は、通常、０〜４０℃とされ、反応時間は、通
常、３０分〜５０時間の範囲とされる。

【００２２】脂環式テトラカルボン酸成分としては、例
えば、３，３′，４，４′−ビシクロヘキシルテトラカ
ルボン酸二無水物、１，２，３，４−シクロブタンテト
ラカルボン酸二無水物、１，２，４，５−シクロヘキシ
ルテトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。

【００２３】芳香族ジアミン成分としては、例えば、
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、４，４′−ジアミノジフェニルスルフィ
ド、ベンジジン、メタフェニレンジアミン、パラフェニ
レンジアミン、２，２−ビス−（４−アミノフェノキシ
フェニル）プロパン、１，５−ナフタレンジアミン、
２，６−ナフタレンジアミン、ビス−（４−アミノフェ
ノキシフェニル）スルホン、ビス−（４−アミノフェノ
キシフェニル）スフフィド、ビス−（４−アミノフェノ
キシフェニル）ビフェニル、１，４−ビス−（４−アミ
ノフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス−（４−アミノ
フェノキシ）ベンゼン、３，４′−ジアミノジフェニル
エーテル、３，３′−ジメチル−４，４′−ジアミノビ
フェニル、３，３′−ジメトキシ−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−
３−スルホンアミド、３，４′−ジアミノジフェニルエ
ーテル−４−スルホンアミド、３，４′−ジアミノジフ
ェニルエーテル−３′−スルホンアミド、３，３′−ジ
アミノジフェニルエーテル−４−スルホンアミド、４，
４′−ジアミノジフェニルメタン−３−スルホンアミ
ド、３，４′−ジアミノジフェニルメタン−４−スルホ
ンアミド、３，４′−ジアミノジフェニルメタン−３′
−スルホンアミド、３，３′−ジアミノジフェニルメタ
ン−４−スルホンアミド、４，４′−ジアミノジフェニ
ルスルホン−３−スルホンアミド、３，４′−ジアミノ
ジフェニルスルホン−４−スルホンアミド、３，４′−
ジアミノジフェニルスルホン−３′−スルホンアミド、
３，３′−ジアミノジフェニルスルホン−４−スルホン
アミド、４，４′−ジアミノジフェニルサルファイド−
３−スルホンアミド、３，４′−ジアミノジフェニルサ
ルファイド−４−スルホンアミド、３，３′−ジアミノ
ジフェニルサルファイド−４−スルホンアミド、３，
４′−ジアミノジフェニルサルファイド−３′−スルホ
ンアミド、１，４−ジアミンベンゼン−２−スルホンア
ミド、４，４′−ジアミノジフェニルエーテル−３−カ
ルボンアミド、３，４′−ジアミノジフェニルエーテル
−４−カルボンアミド、３，４′−ジアミノジフェニル
エーテル−３′−カルボンアミド、３，３′−ジアミノ
ジフェニルエーテル−４−カルボンアミド、４，４′−
ジアミノジフェニルメタン−３−カルボンアミド、３，
４′−ジアミノジフェニルメタン−４−カルボンアミ
ド、３，４′−ジアミノジフェニルメタン−３′−カル
ボンアミド、３，３′−ジアミノジフェニルメタン−４
−カルボンアミド、４，４′−ジアミノジフェニルスル
ホン−３−カルボンアミド、３，４′−ジアミノジフェ
ニルスルホン−４−カルボンアミド、３，４′−ジアミ
ノジフェニルスルホン−３′−カルボンアミド、３，
３′−ジアミノジフェニルスルホン−４−カルボンアミ
ド、４，４′−ジアミノジフェニルサルファイド−３−
カルボンアミド、３，４′−ジアミノジフェニルサルフ
ァイド−４−カルボンアミド、３，３′−ジアミノジフ
ェニルサルファイド−４−カルボンアミド、３，４′−
ジアミノジフェニルサルファイド−３′−スルホンアミ
ド、１，４−ジアミノベンゼン−２−カルボンアミド、
４，４′−ビス（４−アミノフェノキシ）ビフェニル、
ビス｛４−（３−アミノフェノキシ）フェニル｝スルホ
ン、４−（１Ｈ，１Ｈ，１１Ｈ−エイコサフルオロウン
デシルオキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（１
Ｈ，１Ｈ−パーフルオロ−１−ブトキシ）−１，３−ジ
アミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ−パーフルオロ−１
−ヘプチルオキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−
（１Ｈ，１Ｈ−パーフルオロ−１−オクチルオキシ）−
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−ヘキシルオキシ）−１，３−ジアミノベ
ンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロ
−１−ドデシルオキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、
（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、２，２′−ビス（トリフ
ルオロメチル）−４，４′−ジアミノジフェニル、３，
３′−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、４，４′−
ジアミノジフェニルエーテル、２，２−ビス（４−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−（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、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、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、４，４′−ビ
ス（４−アミノフェキシ）オクタフルオロビフェニル等
が挙げられる。

【００２４】上記の脂環式テトラカルボン酸成分及び芳
香族ジアミン成分は、２種以上を組み合わせて用いても
よい。

【００２５】脂環式テトラカルボン酸成分の一部を芳香
族テトラカルボン酸で置き換えることも可能であるが、
この場合、カルボン酸成分のモル比で６０モル％未満と
することが好ましい。

【００２６】芳香族テトラカルボン酸成分としては、例
えば、パラ−ターフェニル−３，４，３″，４″−テト
ラカルボン酸二無水物、ピロメリット酸二無水物、３，
３′，４，４′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無
水物、３，３′，４，４′−ビフェニルテトラカルボン
酸二無水物、３，３′，４，４′−ビフェニルエーテル
テトラカルボン酸二無水物、１，２，５，６−ナフタレ
ンテトラカルボン酸二無水物、２，３，６，７−ナフタ
レンテトラカルボン酸二無水物、２，３，５，６−ピリ
ジンテトラカルボン酸二無水物、１，４，５，８−ナフ
タレンテトラカルボン酸二無水物、３，４，９，１０−
ペリレンテトラカルボン酸二無水物、４，４′−スルホ
ニルジフタル酸二無水物、３，３′，４，４′−テトラ
フェニルシランテトラカルボン酸二無水物、メタ−ター
フェニル−３，３″，４，４″−テトラカルボン酸二無
水物、３，３′，４，４′−ジフェニルエーテルテトラ
カルボン酸二無水物、１，３−ビス（３，４−ジカルボ
キシフェニル）−１，１，３，３−テトラメチルジシロ
キサン二無水物、１−（２，３−ジカルボキシフェニ
ル）−３−（３，４−ジカルボキシフェニル）−１，
１，３，３−テトラメチルジシロキサン二無水物、（ト
リフルオロメチル）ピロメリット酸二無水物、ジ（トリ
フルオロメチル）ピロメリット酸二無水物、ジ（ヘプタ
フルオロプロピル）ピロメリット酸二無水物、ペンタフ
ルオロエチルピロメリット酸二無水物、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
二無水物、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、５，５′−ビス
（トリフルオロメチル）−３，３′，４，４′−テトラ
カルボキシフェニル二無水物、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二無水物、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二無水物、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二無水物、ビス｛（トリ
フルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ベンゼン二
無水物、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二無水物、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
ン二無水物、ビス（ジカルボキシフェノキシ）ビス（ト
リフルオロメチル）ベンゼン二無水物、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
ンゼン二無水物、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
ン二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキ
シフェノキシ｝ビフェニル二無水物、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）ビフェニル二無水物、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
ル二無水物、ビス（ジカルボキシフェノキシ）ビス（ト
リフルオロメチル）ビフェニル二無水物等が挙げられ
る。

【００２７】本発明で用いられるポリイミドは、例え
ば、前述のポリイミド前駆体であるポリアミド酸の溶液
をアルミ板上にスピンコートし、窒素雰囲気下で７０℃
〜２５０℃まで段階的に加熱（例えば、７０℃１時間、
１６０℃１時間、２５０℃１時間）し、イミド化するこ
とによって製造できる。

【００２８】本発明のポリイミドが光部品の中で用いら
れる形状としては、フィルタなどは平面状のフィルムと
して用いられ、分岐導波路、方向性結合器、スターカッ
プラー等の多くのものではポリイミドを多層化した導波
路として用いられる。導波路を形成するには、シリコン
ウエハや石英ガラス上に下層クラッドとしてポリイミド
の膜を形成し、その上にクラッドより屈折率の高いポリ
イミドを積層して導波路形状にパターニングを行い、さ
らにその上にコアよりも屈折率の低いポリイミドを積層
する方法が一般的である。

【００２９】本発明のポリイミドは、クラッド及びコア
のどちらに用いても多層化によるクラック及び剥離が発
生せずに好ましい形状の導波路を形成することができ
る。

【００３０】上記のポリイミドを用いた光部品において
は、ポリイミドは、通常、光学的動作又は光学的機能を
になう部分に使用される。このような光部品としては、
例えば、パッシブ系の光部品、アクティブ系の光部品等
を挙げることができる。

【００３１】パッシブ系の光部品としては、プリズム、
非分岐導波路（曲り導波路を含む）等の光路変換素子、
分岐導波路、方向性結合器、スターカップラー等の合分
波器、干渉フィルタ、偏光子、波長板（位相差板）等が
挙げられる。

【００３２】アクティブ系の光学品としては、マッハツ
ェンダ型光スイッチ、方向性結合器型光スイッチ等の導
波路型光スイッチ等の光マトリックススイッチ、マッハ
ツェンダ型光変調器、方向性結合型光変調器等の導波路
型の光変調器、光偏光器、光アイソレーター、非対称方
向性結合器利用光波長フィルタ、第二次高調波発生器
（ＳＨＧ）、光増幅器等が挙げられる。

【００３３】上記のポリイミドは、非線形材料と組み合
わせて、例えば、熱、電気、光等の外部刺激によって応
答することができるアクティブ系の光部品の材料として
用いることができる。

【００３４】非線形材料としては、特に制限はなく公知
のものを使用することができ、例えば、下記構造の非線
形材料を挙げることができる。

【００３５】

【化１】 本発明のポリイミドを用いたアクティブ系の光部品に用
いる材料は、例えば、前記したポリイミド前駆体である
ポリアミド酸の溶液に上記の非線形材料を加えて撹拌等
により混合することにより容易に調製することができ
る。この際、非線形材料の使用量は、ポリイミド前駆体
１００重量部に対して０．０１〜１００重量部の範囲と
することが好ましく、０．１〜５０重量部とすることが
より好ましく、０．３〜３０重量部とすることが特に好
ましい。この使用量が少なすぎても多すぎても、非線形
特性、その他の光学特性、機械特性、安定性、作業性等
が劣る傾向がある。

【００３６】以下、本発明のポリイミドを用いた光部品
の１例として、ポリイミドと非線形材料とを組み合わせ
た材料を使用するアクティブ系の光部品について図面を
用いて説明する。

【００３７】図２は、光マトリックススイッチ、光変調
器の基本形態を示す模式的な断面図である。

【００３８】これらの光マトリックススイッチ、光変調
器は、（イ）直線型、（ロ）Ｙ分岐型、基本形態とし
て、（ハ）方向性結合器型、（ニ）交差（Ｘ）型、
（ホ）分岐干渉型及び（ヘ）バランスブリッジ型に分類
することができる。例えば、（イ）直線型のものでは、
コア部を光が伝搬し、電極で電圧をかけることにより、
コア部の屈折率を変化させて、一定の所望の光学的作動
をさせることができる。

【００３９】光導波路の形成においては、一般的な製膜
法、例えば、スピンコート法、浸漬法、ドクターブレー
ド法、ワイヤーバー法、ローラ法、スプレー法等を用い
ることができる。光導波路のコア材とクラッド材は、光
の波長、使用用途に適した屈折率の差が出るように選択
すればよい。

【００４０】前記したアクティブ系における光導波路
は、ポリイミド前駆体であるポリアミド酸の溶液と非線
形材料を含む材料を、例えば、シリコン基板上にスピン
コートし、窒素雰囲気下で、加熱処理しポリイミド前駆
体溶液をイミド閉環してポリイミドとし、あわせて非線
形材料を配向させることによりスイッチングや変調可能
な光導波路を形成することができる。例えば、このよう
な光導波路の一態様である方向性結合器型光スイッチの
製造について図３を参照しつつ説明する。

【００４１】図３は、アクティブ光導波路作製工程を説
明する断面図である。図３の（ａ）において、６は基
板、７は下部電極、８は下部クラッド層、９はコア層、
１０はアルミニウム層、１１はレジスト層、１２は上部
クラッド層１３は上部電極を意味する。

【００４２】シリコン等の基板６の上にアルミニウム等
の下部電極７を蒸着法やスパッタ法等により作製し、次
に前記のアクティブ材料からなるコア層９よりも屈折率
の小さなポリイミドで構成される下部クラッド層８を形
成する。この上に前記アクティブ材料を所定の厚さに塗
布し、加熱キュアすることによりコア層９を得る。

【００４３】次に、蒸着法等によりアルミニウム層１０
をつけた後に、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、パターニングされたレジス
ト層１１を得る。（図３の（ｂ）） レジスト層１１により保護されていないアルミニウムを
ウェットエッチングにより除去した後、アルミニウム層
１０で保護されていないコア層９及び下部クラッド層８
のポリイミド層をドライエッチングにより除去する。
（図３の（ｃ）（ｄ）） レジスト層１１を剥離後、残ったアルミニウム層１１を
ウェットエッチングにより除去し、この上に前記下部ク
ラッド層８形成に用いたポリイミドを用いて上部クラッ
ド層１２を形成する。（図３の（ｅ）） 最後にマスクパターンを通して所定のコア層９の上に上
部電極１３を蒸着法やスパッタ法等により形成し方向性
結合器型光スイッチが得られる。（図３の（ｆ）） 前記アクティブ系における光導波路中のコア層に含まれ
る非線形材料を配向させるには、ポーリング処理等を行
えばよい。例えば、電場を印加しながら加熱してイミド
閉環によりイミド化を行いながら、同時に非線形材料を
配向させることができる。電場の印加方法には、電極を
設けて行う方法、コロナ放電で表面を帯電させる方法等
が挙げられる。

【００４４】電場の強さは、１０⁵Ｖ／ｍ以上とするこ
とが好ましく、１０⁶Ｖ／ｍ以上とすることがより好ま
しい。

【００４５】また、イミド閉環によるイミド化を行い最
終的な構造であるポリイミドとした後に、これに電場を
加えてＴｇ以上の温度に加熱して非線形材料を配向させ
ることもできる。導波路は、通常、５〜１５μｍ幅で、
１〜４μｍの高さで形成され、パターン幅は、２〜３μ
ｍ程度である。

【００４６】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明する。

【００４７】実施例１ １リットルのガラス製の４つ口フラスコを用い、３０ｍ
ｌ／分の流量で乾燥窒素を流しながら、４，４′−ジア
ミノジフェニルエーテル５９．２９ｇ（０．３０モ
ル）、３，３′，４，４′−ビシクロヘキシルテトラカ
ルボン酸二無水物９０．７１ｇ（０．３０モル）Ｎ，Ｎ
−ジメチルアセトアミド８５０ｇを加えた。この溶液
を、室温で５時間撹拌して粘度５０ポイズのポリイミド
前駆体溶液を得た。

【００４８】この溶液を表面が酸化シリコン層である直
径５インチのシリコンウェハ上にスピンコートし、窒素
雰囲気下で７０℃で１時間、１６０℃で１時間、２５０
℃で１時間加熱し、膜厚３μｍのポリイミド膜を得た。

【００４９】得られたポリイミド膜の屈折率、光伝送損
失及び多層膜形成時のクラック発生の有無を下記の方法
で測定し、表１に結果を示した。

【００５０】屈折率：プリズムカプラモデル２０１０
（メトリコン社製）を用いて測定した。

【００５１】光伝送損失：前記した図１の装置で、検出
方法として前記のプリズムカプラ法を用いて波長１．３
μｍの光を通して測定した。

【００５２】多層膜形成時のクラックの発生の有無：ポ
リイミド膜を形成したシリコンウェハ上にさらにポリイ
ミド前駆体溶液をスピンコートし、同様な方法でポリイ
ミド膜を形成し、多層膜形成時のクラックの発生の有無
を調べた。

【００５３】実施例２ 実施例１における酸無水物成分を３，３′，４，４′−
ビシクロヘキシルテトラカルボン酸二無水物／３，
３′，４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
（等モル比）に変え、ジアミン成分と酸無水物成分を等
モルとしてポリイミド前駆体溶液を合成した。

【００５４】実施例１と同様に、ポリイミド膜を作製
し、屈折率、光伝送損失及び多層膜形成時のクラック発
生の有無を測定し、表１に結果を示した。

【００５５】比較例１ 実施例１における酸無水物成分を３，３′，４，４′−
ビフェニルテトラカルボン酸二無水物に変え、ジアミン
成分と酸無水物成分を等モルとしてポリイミド前駆体溶
液を合成した。

【００５６】実施例１と同様に、ポリイミド膜を作製
し、屈折率、光伝送損失及び多層膜形成時のクラック発
生の有無を測定し、表１に結果を示した。

【００５７】比較例２ 実施例１における酸無水物成分を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・酸
二無水物に変え、ジアミン成分を２，２′−ビス（トリ
フルオロメチル）−４，４′−ジアミノビフェニルに変
えて、ジアミン成分と酸無水物成分を等モルとしてポリ
イミド前駆体溶液を合成した。

【００５８】実施例１と同様に、ポリイミド膜を作製
し、屈折率、光伝送損失及び多層膜形成時のクラック発
生の有無を測定し、表１に結果を示した。

【００５９】

【表１】

【００６０】

【発明の効果】本発明の脂環式ポリイミドの多層膜を有
する光部品は、透明性、等方性等の光学特性に優れると
ともに、耐クラック性にも優れ、各種光部品として工業
的価値は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】プリズムを載せた光伝送損失測定用基板の模式
的な断面図である。

【図２】光マトリックススイッチ、変調器の基本形態を
示す模式的な断面図である。

【図３】アクティブ光導波路作製工程を説明する断面図
である。

【符号の説明】 １ シリコン基板 ２ 酸化シリコン層 ３ ポリイミド膜 ４ プリズム ５ 入射光線 ６ 基板 ７ 下部電極 ８ 下部クラッド層 ９ コア層 １０ アルミニウム層 １１ レジスト層 １２ 上部クラッド層 １３ 上部電極層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｂ 6/12 Ｇ０２Ｂ 6/12 Ｎ // Ｂ２９Ｋ 79:00

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 脂環式テトラカルボン酸成分と芳香族ジ
   アミン又はジイソシアネートとを反応させて得られるポ
   リイミドであって、波長０．７〜１．６μｍにおける光
   伝送損失が１ｄΒ／ｃｍ以下であり、ＴＥモードとＴＭ
   モードの屈折率差が０．０２以下であるポリイミドの多
   層膜を有する光部品。