(57)【要約】【課題】光導波路フィルムの無機基板に対する接着性に優れると共に、無機基板の種類に関係なく、有機材料を用いて同じ条件で製造することが可能な光導波路およびその製造方法を提供すること。【解決手段】光導波路は、シリコン基板を除く無機基板上に各々有機材料からなる下部クラッド層、光導波路コアおよび上部クラッド層が順次形成されており、無機基板と下部クラッド層との間に酸化シリコンまたはスピンオングラスからなるバッファー層が設けられている。この光導波路は、シリコン基板を除く無機基板上に酸化シリコンまたはスピンオングラスからなるバッファー層を設けた後、各々有機材料からなる下部クラッド層、光導波路コアおよび上部クラッド層を順次形成することより製造される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板と、該無機基板上に形成された有機材料からなる下部クラッド層と、該下部クラッド層上に形成された有機材料からなる光導波路コアと、該光導波路コアを埋め込むように該下部クラッド層および該光導波路コア上に形成された有機材料からなる上部クラッド層とを有する光導波路であって、該無機基板と該下部クラッド層との間に酸化シリコン（ＳｉＯ２）またはスピンオングラス（ＳＯＧ）からなるバッファー層が設けられていることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記無機基板が閃亜鉛鉱構造、ウルツ鉱構造またはコランダム構造を有する無機基板である請求項１記載の光導波路。
【請求項３】
前記無機基板がガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板である請求項１または２記載の光導波路。
【請求項４】
前記有機材料がポリイミド系樹脂である請求項１〜３のいずれか１項記載の光導波路。
【請求項５】
請求項１記載の光導波路を製造する方法であって、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板上に酸化シリコン（ＳｉＯ２）またはスピンオングラス（ＳＯＧ）からなるバッファー層を形成する工程と、該バッファー層上に有機材料からなる下部クラッド層を形成する工程と、該下部クラッド層上に有機材料からなる光導波路コアを形成する工程と、該光導波路コアを埋め込むように該下部クラッド層および該光導波路コア上に有機材料からなる上部クラッド層を形成する工程とを包含することを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項６】
前記光導波路コアが、前記下部クラッド層上に有機材料からなるコア層を形成し、該コア層上にマスク層を形成し、該マスク層を光導波路形状にパターニングした後、該パターニングしたマスク層で保護されていない該コア層を前記下部クラッド層が露出するまでエッチングし、該パターニングしたマスク層を除去することにより形成される請求項５記載の製造方法。
【請求項７】
前記バッファー層上に前記下部クラッド層を形成する前に、前記バッファー層がシランカップリング剤または機能性シラン化合物で表面処理される請求項５または６記載の製造方法。
【請求項８】
前記無機基板が閃亜鉛鉱構造、ウルツ鉱構造またはコランダム構造を有する無機基板である請求項５〜７のいずれか１項記載の製造方法。
【請求項９】
前記無機基板がガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板である請求項５〜８のいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１０】
前記有機材料がポリイミド系樹脂である請求項５〜９のいずれか１項記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムの実用化に伴い、その基本構成としての光導波路に関する技術が注目を集めている。光導波路とは、代表的には、屈折率が高い光導波路コアを屈折率が低いクラッド層が取り囲んだ埋め込み型構造をなすか、あるいは、屈折率が低い下部クラッド層の上に屈折率が高い光導波路コアを形成し、上部クラッド層を空気層としたリッジ型構造をなし、光導波路コアに入射した光は該光導波路コアと該クラッド層との界面や該光導波路コアと該空気層との界面で反射しながら該光導波路コア中を伝播する。
【０００３】
近年、超高速、大容量の情報伝達を実現するために、光導波路を利用した光集積回路が数多く提案されている。通常、光集積回路は、同一基板上に光導波路および受発光素子を形成したモノリシック光集積回路と、別々のプロセスで製造された光導波路および受発光素子を同一基板上に実装するハイブリッド光集積回路とに大別される。このうち、モノリシック光集積回路は、例えば、基板上に形成された発光素子を含む光源部から出射された光が該基板上に形成された光導波路に入射して、その光導波路コア中を伝播した後、該基板上に形成された受光素子を含む受光部に入射することにより、光信号の形で情報が伝達されるように構成されている。
【０００４】
このような光集積回路では、受発光素子が無機材料を用いて半導体プロセスにより製造されることから、光導波路も無機材料を用いて半導体プロセスにより製造されてきた。例えば、特許文献１には、量子井戸構造の無秩序化を応用した集積化プロセスにより、半導体基板上に分布帰還型半導体レーザと半導体受光素子と光導波路とを形成したワンチップ干渉計測用ヘッドが開示されている。この光集積回路では、ＧａＡｓ基板上に形成されたＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓクラッド層およびＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓガイド層（光導波路コア）からリブ型光導波路が構成されている。そして、この光集積回路は、分布帰還型半導体レーザから出射された光が光導波路に入射して二分され、一方は曲がり光導波路により半導体受光素子に直接向かい、他方は半導体基板から出射して出力レンズで平行にされ、プリズムで反射し、入力レンズで集光された後、半導体基板上の光導波路に再度入射して半導体受光素子に向い、両方の光が半導体素子の手前で結合されて半導体素子に入射することにより、両方の光の干渉信号が得られるというものである。
【０００５】
上記のような無機材料だけを用いて製造された光導波路を含む光集積回路に対し、製造が容易で量産性に優れて低コスト化も期待できることから、有機材料を用いて光導波路を製造することが検討されてきた。例えば、特許文献２には、半導体基板上に半導体材料からなる発光素子および／または受光素子と有機材料からなる光導波路とが形成され、該発光素子および／または受光素子と該光導波路が光結合する光集積回路が開示されている。この光集積回路では、ＩｎＰ基板上に順次形成された、例えば、ポリイミド、ポリメチルメタクリレートまたはポリシロキサンなどの有機材料からなる下部クラッド層、コア層および上部クラッド層から光導波路が構成されている。そして、この光集積回路は、発光素子から出射された光を光導波路で合分波して出力したり、入力光を光導波路で合分波して受光素子により電気信号に変換したり、基板の一部に生じた電気信号を発光素子により光信号に変換して光導波路を経て出力したり、基板の一部に生じた電気信号を発光素子により光信号に変換して光導波路を経て基板上の他部に伝達し受光素子により再度電気信号に変換したりするというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−３１３７４５号公報
【特許文献２】特開平７−１２８５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、半導体基板などの無機基板上に有機材料を用いて光導波路を形成しようとすると、無機基板と有機材料からなる光導波路フィルムとの間の接着性が乏しいので、光導波路フィルムが無機基板から容易に剥離するという問題点があった。
【０００８】
また、光集積回路の用途などに応じて異なる種類の無機基板を用いることが要求されるが、半導体基板などの無機基板上に有機材料を用いて光導波路を形成する場合には、無機基板の種類に応じて光導波路の製造方法を最適化する必要があるという問題点があった。
【０００９】
上述した状況の下、本発明が解決すべき課題は、光導波路フィルムの無機基板に対する接着性に優れると共に、無機基板の種類に関係なく、有機材料を用いて同じ条件で製造することが可能な光導波路およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、種々検討の結果、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板上に有機材料を用いて光導波路を形成するにあたり、無機基板と光導波路の下部クラッド層との間に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）またはスピンオングラス（ＳＯＧ）からなるバッファー層を設ければ、有機材料からなる光導波路フィルムの無機基板に対する接着性が向上すると共に、無機基板の種類に関係なく、無機基板上に有機材料を用いて光導波路を同じ条件で製造することが可能であることを見出し、本発明を完成した。
【００１１】
すなわち、本発明は、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板（以下「無機基板」ということがある。）と、該無機基板上に形成された有機材料からなる下部クラッド層と、該下部クラッド層上に形成された有機材料からなる光導波路コアと、該光導波路コアを埋め込むように該下部クラッド層および該光導波路コア上に形成された有機材料からなる上部クラッド層とを有する光導波路であって、該無機基板と該下部クラッド層との間に酸化シリコン（ＳｉＯ２）またはスピンオングラス（ＳＯＧ）からなるバッファー層が設けられていることを特徴とする光導波路を提供する。
【００１２】
本発明の光導波路において、前記無機基板は、好ましくは、閃亜鉛鉱構造、ウルツ鉱構造またはコランダム構造を有する無機基板であり、より好ましくは、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板であり、前記有機材料は、好ましくは、ポリイミド系樹脂である。
【００１３】
また、本発明は、上記のような光導波路を製造する方法であって、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板上に酸化シリコン（ＳｉＯ２）またはスピンオングラス（ＳＯＧ）からなるバッファー層を形成する工程と、該バッファー層上に有機材料からなる下部クラッド層を形成する工程と、該下部クラッド層上に有機材料からなる光導波路コアを形成する工程と、該光導波路コアを埋め込むように該下部クラッド層および該光導波路コア上に有機材料からなる上部クラッド層を形成する工程とを包含することを特徴とする光導波路の製造方法を提供する。
【００１４】
本発明による光導波路の製造方法において、前記光導波路コアは、好ましくは、前記下部クラッド層上に有機材料からなるコア層を形成し、該コア層上にマスク層を形成し、該マスク層を光導波路形状にパターニングした後、該パターニングしたマスク層で保護されていない該コア層を前記下部クラッド層が露出するまでエッチングし、該パターニングしたマスク層を除去することにより形成される。また、前記バッファー層上に前記下部クラッド層を形成する前に、前記バッファー層は、好ましくは、シランカップリング剤または機能性シラン化合物で表面処理される。さらに、前記無機基板は、好ましくは、閃亜鉛鉱構造、ウルツ鉱構造またはコランダム構造を有する無機基板であり、より好ましくは、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板であり、前記有機材料は、好ましくは、ポリイミド系樹脂である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板上に有機材料を用いて光導波路を形成するにあたり、無機基板と光導波路の下部クラッド層との間に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）またはスピンオングラス（ＳＯＧ）からなるバッファー層を設けているので、有機材料からなる光導波路フィルムの無機基板に対する接着性が向上すると共に、無機基板の種類に関係なく、有機材料を用いて光導波路を同じ条件で製造することが可能である。また、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板上に有機材料を用いて光導波路を形成しているので、製造が容易で量産性に優れて低コスト化も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の光導波路の代表例の構成を模式的に示す部分断面図である。
【図２】本発明による光導波路の製造方法の代表例における各工程を模式的に示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
≪光導波路≫
本発明の光導波路は、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板と、該無機基板上に形成された有機材料からなる下部クラッド層と、該下部クラッド層上に形成された有機材料からなる光導波路コアと、該光導波路コアを埋め込むように該下部クラッド層および該光導波路コア上に形成された有機材料からなる上部クラッド層とを有する光導波路であって、該無機基板と該下部クラッド層との間に酸化シリコン（ＳｉＯ２）またはスピンオングラス（ＳＯＧ）からなるバッファー層が設けられていることを特徴とする。
【００１８】
本発明の光導波路は、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板上に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）またはスピンオングラス（ＳＯＧ）からなるバッファー層を介して、有機材料からなる光導波路フィルム（本明細書では、「光導波路」ということがある。）が形成されている。すなわち、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板上に、バッファー層を構成する酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜またはスピンオングラス（ＳＯＧ）膜を介して、下部クラッド層を構成する有機材料フィルム、光導波路コアを構成する有機材料フィルム、および、上部クラッド層を構成する有機材料フィルムが順次形成されている。なお、本発明の光導波路は、必要に応じて、上部クラッド層の上側に、例えば、保護フィルム、剥離フィルムなどを有していてもよい。
【００１９】
本発明の光導波路の代表例を図１に示す。この代表例は、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板上に、バッファー層を介して、下部クラッド層、光導波路コアおよび上部クラッド層を有する光導波路であるが、本発明の光導波路は、この代表例に限定されるものではなく、その構成を適宜変更することができる。なお、図１は、光の伝播方向から見た光導波路の部分断面図である。
【００２０】
図１に示すように、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板１上には、まず、バッファー層２が形成されている。バッファー層２は、好ましくは、カップリング剤または機能性シラン化合物で表面処理されている。次に、バッファー層２上には、下部クラッド層３が形成され、下部クラッド層３上には、矩形状の光導波路コア４が形成されている。下部クラッド層３は、接着剤層などを介在することなく、バッファー層２上に直接接着している。そして、光導波路コア４を埋め込むように、下部クラッド層３および光導波路コア４上には、上部クラッド層５が形成されている。光導波路コア４および上部クラッド層５は、接着剤層などを介在することなく、下部クラッド層３上に直接接着している。ここで、下部クラッド層３、光導波路コア４および上部クラッド層５は、各種の有機材料フィルムから構成されている。
【００２１】
なお、図１において、光導波路コア４は、１個しか形成されていないが、光導波路の用途などに応じて、２個またはそれ以上形成されていてもよい。また、光導波路コア４は、紙面に対して垂直方向に伸びる直線状に形成されているが、光導波路の用途などに応じて、所定のパターン状に形成されていてもよい。
【００２２】
＜無機基板＞
本発明の光導波路において、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板としては、光導波路の用途などに応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではないが、例えば、閃亜鉛鉱構造、ウルツ鉱構造またはコランダム構造を有する無機基板が挙げられる。閃亜鉛鉱構造を有する無機基板としては、例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板、ガリウムリン（ＧａＰ）基板、インジウムリン（ＩｎＰ）基板などが挙げられる。ウルツ鉱構造を有する無機基板としては、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板などが挙げられる。コランダム構造を有する無機基板としては、例えば、サファイヤ基板などが挙げられる。これらの無機基板のうち、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板が好適である。無機基板の厚さは、光導波路の用途になど応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではないが、例えば、１００μｍ以上、５ｍｍ以下程度である。
【００２３】
＜バッファー層＞
本発明の光導波路において、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板上には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）またはスピンオングラス（ＳＯＧ）からなるバッファー層が設けられている。このうち、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなるバッファー層は、ＣＶＤ法またはスパッタリング法などにより形成される。また、スピンオングラス（ＳＯＧ）からなるバッファー層は、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板上に、シラノールまたはシルセスキオキサンをアルコールなどの有機溶媒に溶解した溶液をスピンコーティング法などで塗布し、例えば、４００〜４５０℃の温度で熱処理することにより形成される。ここで、シルセスキオキサンとしては、例えば、水素シルセスキオキサン；メチルシルセスキオキサンなどのアルキルシルセスキオキサン；フェニルシルセスキオキサンなどのアリールシルセスキオキサン；などが挙げられる。
【００２４】
バッファー層の厚さは、好ましくは０．０５μｍ以上、より好ましくは０．１μｍ以上であり、また、好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下である。バッファー層の厚さが薄すぎると、光導波路フィルムの無機基板に対する接着性が向上しないことがある。逆に、バッファー層の厚さが厚すぎると、原料を必要以上に使用することになり、製造コストが上昇することがある。
【００２５】
＜光導波路フィルム＞
本発明の光導波路において、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板上には、バッファー層を介して、光導波路フィルムが形成されている。すなわち、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板上に、バッファー層を介して、下部クラッド層を構成する有機材料フィルム、光導波路コアを構成する有機材料フィルム、および、上部クラッド層を構成する有機材料フィルムが順次形成されている。
【００２６】
下部クラッド層、光導波路コアおよび上部クラッド層を構成する有機材料フィルムは、隣接する有機材料フィルムに対する接着性を有する限り、特に限定されるものではない。具体的には、従来公知の光導波路用有機材料、例えば、ポリイミド系樹脂、（メタ）アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリスチレン系樹脂、シクロオレフィン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリエーテルケトン系樹脂、ポリエーテルニトリル系樹脂、オキセタン系樹脂、シラン系樹脂、シリコーン系樹脂などから構成される樹脂フィルムを用いることができる。これらの樹脂フィルムのうち、耐熱性の観点からは、ポリイミド系樹脂から構成されるフィルム、すなわちポリイミド系樹脂フィルムが好適である。
【００２７】
＜下部クラッド層＞
本発明の光導波路において、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板上には、バッファー層を介して、下部クラッド層が形成されている。下部クラッド層を構成する有機材料フィルムは、好ましくはポリイミド系樹脂フィルム、より好ましくはフッ素化ポリイミド系樹脂フィルム、さらに好ましくは全フッ素化ポリイミド系樹脂フィルムである。
【００２８】
下部クラッド層を構成する有機材料フィルムがポリイミド系樹脂フィルムである場合、このポリイミド系樹脂フィルムは、クラッド層用ポリアミド酸組成物を用いて形成することができる。より詳しくは、バッファー層上にクラッド層用ポリアミド酸組成物を適量塗布した後、焼成を行うことにより、組成物中のポリアミド酸が閉環して、ポリイミド系樹脂フィルムからなる下部クラッド層が形成される。
【００２９】
下部クラッド層を構成する有機材料フィルムの厚さは、光導波路の用途や使用光の波長などに応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではないが、例えば、好ましくは５μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上であり、また、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下である。下部クラッド層を構成する有機材料フィルムの屈折率は、光導波路コアを構成する有機材料フィルムの屈折率より低い限り、特に限定されるものではないが、例えば、１．４５〜１．６５の範囲内で、クラッド層用ポリアミド酸組成物の組成（例えば、ポリアミド酸を調製する際に用いるジアミン化合物およびテトラカルボン酸類の種類や、ポリアミド酸がハロゲン原子を有する場合には、そのハロゲン原子の種類や数）により、任意に調節することができる。
【００３０】
＜光導波路コア＞
本発明の光導波路において、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板上には、バッファー層を介して、下部クラッド層が形成され、該下部クラッド層上には、光導波路コアが形成されている。光導波路コアを構成する有機材料フィルムは、好ましくはポリイミド系樹脂フィルム、より好ましくはフッ素化ポリイミド系樹脂フィルム、さらに好ましくは部分フッ素化ポリイミド系樹脂フィルムである。
【００３１】
光導波路コアを構成する有機材料フィルムがポリイミド系樹脂フィルムである場合、このポリイミド系樹脂フィルムは、コア層用ポリアミド酸組成物を用いて形成することができる。より詳しくは、下部クラッド層上に、コア層用ポリアミド酸組成物を適量塗布した後、焼成を行うことにより、組成物中のポリアミド酸が閉環して、ポリイミド系樹脂フィルムからなるコア層が形成され、次いで、コア層上にマスク層を形成し、マスク層を光導波路コア形状にパターニングした後、パターニングしたマスク層で保護されていないコア層を、例えば、反応性イオンエッチング法などのドライエッチング法により、下部クラッド層が露出するまでエッチングし、パターニングしたマスク層を除去することにより、ポリイミド系樹脂フィルムからなる光導波路コアが形成される。
【００３２】
光導波路コアを構成する有機材料フィルムの厚さは、光導波路の用途や使用光の波長などに応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではないが、例えば、好ましくは１μｍ以上、より好ましくは３μｍ以上であり、また、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下である。光導波路コアを構成する有機材料フィルムの屈折率は、下部クラッド層および上部クラッド層を構成する各有機材料フィルムの屈折率より高い限り、特に限定されるものではないが、例えば、１．４５〜１．６５の範囲内で、コア層用ポリアミド酸組成物の組成（例えば、ポリアミド酸を調製する際に用いるジアミン化合物およびテトラカルボン酸類の種類や、ポリアミド酸がハロゲン原子を有する場合には、そのハロゲン原子の種類や数）により、任意に調節することができる。
【００３３】
光導波路コアは、長手方向に対して垂直な断面形状が矩形であることが好ましく、正方形であることが最も好ましい。光導波路コアのアスペクト比（幅／厚さ）は、好ましくは１／２以上、より好ましくは２／３以上、さらに好ましくは５／６以上であり、また、好ましくは２／１以下、より好ましくは３／２以下、さらに好ましくは６／５以下である。最も好ましくは１／１である。
【００３４】
＜上部クラッド層＞
本発明の光導波路において、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板上には、バッファー層を介して、下部クラッド層が形成され、該下部クラッド層上には、光導波路コアが形成され、該光導波路コアを埋め込むように該下部クラッド層および該光導波路コア上には、上部クラッド層が形成されている。上部クラッド層を構成する有機材料フィルムは、好ましくはポリイミド系樹脂フィルム、より好ましくはフッ素化ポリイミド系樹脂フィルム、さらに好ましくは全フッ素化ポリイミド系樹脂フィルムである。
【００３５】
上部クラッド層を構成する有機材料フィルムがポリイミド系樹脂フィルムである場合、このポリイミド系樹脂フィルムは、クラッド層用ポリアミド酸組成物を用いて形成することができる。より詳しくは、下部クラッド層および光導波路コア上に、クラッド層用ポリアミド酸組成物を適量塗布した後、焼成を行うことにより、組成物中のポリアミド酸が閉環して、ポリイミド系樹脂フィルムからなる上部クラッド層が形成される。
【００３６】
上部クラッド層を構成する有機材料フィルムの厚さは、光導波路の用途や使用光の波長などに応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではないが、光導波路コアの上側を除いて、例えば、好ましくは５μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上であり、また、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下である。上部クラッド層を構成する有機材料フィルムの屈折率は、光導波路コアを構成する有機材料フィルムの屈折率より低い限り、特に限定されるものではないが、例えば、１．４５〜１．６５の範囲内で、クラッド層用ポリアミド酸組成物の組成（例えば、ポリアミド酸を調製する際に用いるジアミン化合物およびテトラカルボン酸類の種類や、ポリアミド酸がハロゲン原子を有する場合には、そのハロゲン原子の種類や数）により、任意に調節することができる。
【００３７】
＜光導波路の応用＞
本発明の光導波路は、例えば、光導波路を含む光集積回路に応用することができる。一般に、光導波路を光集積回路に応用するためには、無機基板上に有機材料を用いて光導波路を形成する必要がある。それゆえ、本発明の光導波路のように、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板上に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）またはスピンオングラス（ＳＯＧ）からなるバッファー層を介して、有機材料からなる光導波路フィルムを形成すれば、光集積回路においても、有機材料からなる光導波路フィルムの無機基板に対する接着性が向上すると共に、無機基板の種類に関係なく、有機材料を用いて光導波路を同じ条件で製造することが可能である。
【００３８】
≪光導波路の製造方法≫
本発明による光導波路の製造方法は、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板上に酸化シリコン（ＳｉＯ２）またはスピンオングラス（ＳＯＧ）からなるバッファー層を形成する工程と、該バッファー層上に有機材料からなる下部クラッド層を形成する工程と、該下部クラッド層上に有機材料からなる光導波路コアを形成する工程と、該光導波路コアを埋め込むように該下部クラッド層および該光導波路コア上に有機材料からなる上部クラッド層を形成する工程とを包含することを特徴とする。
【００３９】
本発明による光導波路の製造方法は、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板上に、各々有機材料からなる下部クラッド層、光導波路コアおよび上部クラッド層が順次形成された光導波路を製造するにあたり、無機基板と下部クラッド層との間に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）またはスピンオングラス（ＳＯＧ）からなるバッファー層を設けることにより、有機材料からなる光導波路フィルムの無機基板に対する接着性を向上させると共に、無機基板の種類に関係なく、有機材料を用いて光導波路を同じ条件で製造することを可能にしようというものである。
【００４０】
以下、図２を参照しながら、本発明による光導波路の製造方法の代表例について詳しく説明する。この代表例は、図１に示す光導波路の製造方法であるが、本発明による光導波路の製造方法は、この代表例に限定されるものではなく、その構成を適宜変更することができる。なお、図２は、光の伝播方向から見た光導波路を製造する工程の部分断面図である。
【００４１】
まず、図２（ａ）に示すように、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板１上に、ＣＶＤ法またはスパッタリング法などにより、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなるバッファー層２を形成するか、あるいは、シラノールまたはシルセスキオキサンをアルコールなどの有機溶媒に溶解した溶液をスピンコーティング法などで塗布し、例えば、４００〜４５０℃の温度で熱処理することにより、スピンオングラス（ＳＯＧ）からなるバッファー層２を形成する。
【００４２】
次いで、バッファー層２を、好ましくは、シランカップリング剤または機能性シラン化合物で表面処理した後、表面処理されたバッファー層２上に、クラッド層用樹脂組成物を滴下し、スピンコーティング法などで製膜する。そして、この被膜を硬化して、図２（ｂ）に示すように、有機材料からなる下部クラッド層３を形成する。
【００４３】
ここで、「シランカップリング剤または機能性シラン化合物で表面処理」するとは、シランカップリング剤および機能性シラン化合物の少なくとも１種で表面処理することを意味する。シランカップリング剤および機能性シラン化合物としては、例えば、信越化学工業株式会社の市販品を利用することができる。
【００４４】
次いで、下部クラッド層３上に、コア層用樹脂組成物を滴下し、スピンコーティング法などで製膜する。そして、この被膜を硬化して、図２（ｃ）に示すように、有機材料からなるコア層６を形成する。
【００４５】
次いで、図２（ｄ）に示すように、コア層６上に、ＣＶＤ法やスパッタリング法などにより、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などからなるマスク層７を形成する。そして、マスク層７上にフォトレジストを塗布し、露光、現像などを行って、光導波路形状にパターニングしたレジスト層（図示せず）を形成した後、レジスト層で保護されていないマスク層７を、例えば、反応性イオンエッチング法などのドライエッチング法またはウェットエッチング法により、コア層６が露出するまでエッチングして、マスク層７を光導波路形状にパターニングする。さらに、アセトンなどの剥離液を用いて、パターニングしたレジスト層を除去して、図２（ｅ）に示すように、光導波路形状にパターニングしたマスク層８を形成する。
【００４６】
次いで、パターニングしたマスク層８で保護されていないコア層６を、例えば、反応性イオンエッチング法などのドライエッチング法により、下部クラッド層３が露出するまでエッチングして、図２（ｆ）に示すように、光導波路コア４を形成する。
【００４７】
なお、図２（ｆ）において、光導波路コア４は、１個しか形成されていないが、光導波路の用途などに応じて、２個またはそれ以上形成されていてもよい。また、光導波路コア４は、紙面に対して垂直方向に伸びる直線状に形成されているが、光導波路の用途などに応じて、所定のパターン状に形成されていてもよい。
【００４８】
次いで、塩酸（ＨＣｌ）などを用いたウェットエッチング法により、パターニングしたマスク層８を除去した後、光導波路コア４を埋め込むように、下部クラッド層３および光導波路コア４上に、クラッド層用樹脂組成物を滴下し、スピンコーティング法などで製膜する。そして、この被膜を硬化して、図２（ｇ）に示すように、有機材料からなる上部クラッド層５を形成する。
【００４９】
かくして、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板１上に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）またはスピンオングラス（ＳＯＧ）からなるバッファー層２を介して、各々有機材料からなる下部クラッド層３、光導波路コア４および上部クラッド層５が順次形成された光導波路が得られる。なお、上記では、１個の光導波路を製造する方法について説明したが、無機基板上に複数個の光導波路を同時に製造することもできる。この場合、上部クラッド層を形成した段階で、例えば、ダイシングすることにより、個々のチップに切り出して、複数個の光導波路を得ればよい。
【実施例】
【００５０】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記の実施例により制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００５１】
まず、光導波路を製造する際に用いたクラッド層用ポリアミド酸組成物およびコア層用ポリアミド酸組成物の調製について説明する。
【００５２】
≪クラッド層用ポリアミド酸組成物の調製≫
容量５０ｍＬの三ツ口フラスコに、２，４，５，６−テトラフルオロ−１，３−ジアミノ−ベンゼン１．８０ｇ（１０．０ミリモル）、下記式（１）：
【００５３】
【化１】
2010256430.tif 000003
【００５４】
で示される４，４’−［（２，３，５，６−テトラフルオロ−１，４−フェニレン）ビス（オキシ）］ビス（３，５，６−トリフルオロフタル酸無水物）（すなわち、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の酸二無水物）５．８２ｇ（１０．０ミリモル）およびＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド１２．４ｇを仕込んだ。この混合液を、窒素雰囲気中、室温で６日間攪拌することにより、固形分濃度３８．０質量％のクラッド層用ポリアミド酸組成物を得た。
【００５５】
≪コア層用ポリアミド酸組成物の調製≫
容量５０ｍＬの三ツ口フラスコに、５−クロロ−１，３−ジアミノ−２，４，６−トリフルオロベンゼン１．９７ｇ（１０．０ミリモル）、上記式（１）で示される４，４’−［（２，３，５，６−テトラフルオロ−１，４−フェニレン）ビス（オキシ）］ビス（３，５，６−トリフルオロフタル酸無水物）（すなわち、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の酸二無水物）５．８２ｇ（１０．０ミリモル）およびＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド１５．８ｇを仕込んだ。この混合液を、窒素雰囲気中、室温で６日間攪拌することにより、固形分濃度３３．０質量％のコア層用ポリアミド酸組成物を得た。
【００５６】
次に、光導波路を実際に製造した実施例および比較例について説明する。
【００５７】
≪光導波路の製造≫
＜実施例１＞
本実施例では、図１と同様に示されるような、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板１としてのガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板上に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなるバッファー層２を介して、各々フッ素化ポリイミド系樹脂フィルムからなる下部クラッド層３、光導波路コア４および上部クラッド層５が順次形成された光導波路を製造した。以下では、参考として、図２を参照しながら、この光導波路の製造方法について詳しく説明する。なお、図１および図２は、本実施例で得られた光導波路と同様の構成を模式的に示す部分断面図であり、その各部の形状や寸法などは、本実施例で得られた光導波路の各部の実際の形状や寸法を厳密に表現したものではない。
【００５８】
まず、図２（ａ）に示すように、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板１として、直径２インチ（約５ｃｍ）、厚さ０．３５ｍｍのガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板上に、ＣＶＤ法により、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる厚さ１μｍのバッファー層２を形成した。
【００５９】
次いで、バッファー層２を機能性シラン化合物であるテトラエトキシシラン（信越化学工業株式会社製、商品名「ＫＢＥ−０４」）で表面処理した後、表面処理されたバッファー層２上に、クラッド層用ポリアミド酸組成物を滴下し、焼成後の膜厚が８μｍとなるようにスピンコーティング法で製膜した。そして、この被膜を、焼成炉を用いて、窒素雰囲気下（窒素ガス流量４０Ｌ／ｍｉｎ）、３００℃で１時間焼成して、図２（ｂ）に示すように、全フッ素化ポリイミド系樹脂フィルムからなる下部クラッド層３を形成した。プリズムカプラ（サイロン・テクノロジ・インコーポレイテッド製、商品名「ＳＰＡ−４０００」）を用いて、下部クラッド層３の屈折率を測定したところ、波長８３０ｎｍにおける屈折率は１．５３５５であった。
【００６０】
次いで、下部クラッド層３上に、コア層用ポリアミド酸組成物を滴下し、焼成後の膜厚が５μｍとなるようにスピンコーティング法で製膜した。そして、この被膜を、焼成炉を用いて、窒素雰囲気下（窒素ガス流量４０Ｌ／ｍｉｎ）、３００℃で１時間焼成して、図２（ｃ）に示すように、部分フッ素化ポリイミド系樹脂フィルムからなるコア層６を形成した。プリズムカプラ（サイロン・テクノロジ・インコーポレイテッド製、商品名「ＳＰＡ−４０００」）を用いて、コア層６の屈折率を測定したところ、波長８３０ｎｍにおける屈折率は１．５４１８であった。
【００６１】
次いで、図２（ｄ）に示すように、コア層６上に、スパッタリング法により、酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる厚さ２５０ｎｍのマスク層７を形成した。そして、マスク層７上にフォトレジスト（ＡＺ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ製、商品名「ＡＺ３１００」）を塗布し、露光、現像などを行って、光導波路形状にパターニングしたレジスト層（図示せず）を形成した後、レジスト層で保護されていないマスク層７を、バッファードフッ酸（ＬＬ−ＢＨＦ）を用いたウェットエッチング法により、コア層６が露出するまでエッチングして、マスク層７を光導波路形状にパターニングした。さらに、アセトンを用いて、パターニングしたレジスト層を除去して、図２（ｅ）に示すように、光導波路形状にパターニングした幅５μｍのマスク層８を形成した。
【００６２】
次いで、パターニングしたマスク層８で保護されていないコア層６を、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスを用いた反応性イオンエッチング法により、下部クラッド層３が露出するまでエッチングして、図２（ｆ）に示すように、光導波路コア４を形成した。このとき、光導波路コア４の下端部にクラックが入らず、光導波路コア４の側面部が粗面化しなかった。
【００６３】
次いで、塩酸（ＨＣｌ）を用いたウェットエッチング法により、パターニングしたマスク層８を除去した後、光導波路コア４を埋め込むように、下部クラッド層３および光導波路コア４上に、クラッド層用ポリアミド酸組成物を滴下し、焼成後の膜厚が８μｍとなるように、スピンコーティング法で製膜した。そして、この被膜を、焼成炉を用いて、窒素雰囲気下（窒素ガス流量４０Ｌ／ｍｉｎ）、３００℃で１時間焼成して、図２（ｇ）に示すように、全フッ素化ポリイミド系樹脂フィルムからなる上部クラッド層５を形成した。プリズムカプラ（サイロン・テクノロジ・インコーポレイテッド製、商品名「ＳＰＡ−４０００」）を用いて、上部クラッド層５の屈折率を測定したところ、波長８３０ｎｍにおける屈折率は１．５３５５であった。
【００６４】
かくして、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板上に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなるバッファー層を介して、全フッ素化ポリイミド系樹脂フィルムからなる厚さ８μｍの下部クラッド層、部分フッ素化ポリイミド系樹脂フィルムからなる５μｍ角の光導波路コア、および、全フッ素化ポリイミド系樹脂フィルムからなる厚さ８μｍ（光導波路コアの上側は厚さ３μｍ）の上部クラッド層が順次形成された光導波路が得られた。
【００６５】
そして、得られた光導波路を、ダイシングソー（株式会社ディスコ製、商品名「ＤＡＤ３２１」）を用いて、チップ状に切り出して、導波損失を測定したところ、波長０．９８μｍでの損失値は０．７ｄＢ／ｃｍ、波長１．３１μｍでの損失値は０．２ｄＢ／ｃｍであり、いずれも非常に小さい値であった。
【００６６】
また、得られた光導波路は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板と、全フッ素化ポリイミド系樹脂フィルムからなる下部クラッド層との間に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなるバッファー層を設けているので、下部クラッド層を構成する全フッ素化ポリイミド系樹脂フィルムのガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板に対する接着性が向上しており、製造工程の途中やダイシングの際に、光導波路フィルムがバッファー層から剥離することはなかった。
【００６７】
＜比較例１＞
実施例１において、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板上にバッファー層を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にして、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板上にポリイミド系樹脂からなる光導波路フィルムが直接形成された光導波路を製造しようと試みたが、製造工程の途中で、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板上に直接形成した全フッ素化ポリイミド系樹脂フィルムからなる下部クラッド層が容易に剥離してしまい、光導波路を得ることはできなかった。
【００６８】
≪評価≫
実施例１の光導波路は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板と光導波路の下部クラッド層との間に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなるバッファー層が設けられているので、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板と下部クラッド層を構成する全フッ素化ポリイミド系樹脂フィルムとの接着性に優れた信頼性の高い光導波路であった。
【００６９】
これに対し、比較例１では、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板上にポリイミド系樹脂からなる光導波路フィルムが直接形成された光導波路を製造しようと試みたが、下部クラッド層を構成する全フッ素化ポリイミド系樹脂フィルムのガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板に対する接着性が劣るので、製造工程の途中で、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板上に直接形成した全フッ素化ポリイミド系樹脂フィルムからなる下部クラッド層が容易に剥離してしまい、光導波路を得ることはできなかった。
【００７０】
かくして、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板上に有機材料を用いて光導波路を形成するにあたり、無機基板と光導波路の下部クラッド層との間に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）または同様の組成を有するスピンオングラス（ＳＯＧ）からなるバッファー層を設ければ、有機材料からなる光導波路フィルムの無機基板に対する接着性が向上すると共に、無機基板の種類に関係なく、無機基板上に有機材料を用いて光導波路を同じ条件で製造できることが可能であることがわかる。また、シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板上に有機材料を用いて光導波路を形成しているので、製造が容易で量産性に優れて低コスト化も期待できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の光導波路は、光導波路フィルムの無機基板に対する接着性に優れると共に、無機基板の種類に関係なく、有機材料を用いて同じ条件で製造することが可能であるので、信頼性の高い光導波路を用途などに応じて異なる種類の無機基板上に組み込んだ様々な光集積回路を製造することを可能にする。本発明の製造方法は、無機基板上にバッファー層を介して有機材料からなる光導波路フィルムを形成するだけであるので、信頼性の高い光導波路を簡便に製造することができる。それゆえ、本発明は、光導波路や光集積回路の適用が期待される様々な光学関連分野や電子機器分野で多大の貢献をなすものである。
【符号の説明】
【００７２】
１：シリコン（Ｓｉ）基板を除く無機基板、２：バッファー層、３：下部クラッド層、４：光導波路コア、５：上部クラッド層、６：コア層、７：マスク層、８：パターニングしたマスク層
【図１】
2010256430.tif 000004
【図２】
2010256430.tif 000005