(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に形成された低屈折率層上に２５０℃よりも低い温度でポリシラン化合物のポリマ層を形成するポリマ形成工程、該ポリマ層上に所望の光伝搬層パターンの描かれたフォトマスクを配置してそのフォトマスクの上から紫外線を照射し、上記ポリマ層に屈折率の低下したパターンを形成するパターン形成工程、上記ポリマ層上に上記低屈折率層と同程度の屈折率を有する上部クラッド層を形成して導波路とする上部クラッド層形成工程、該導波路を３５０℃から３８０℃の温度範囲で熱処理する熱処理工程からなることを特徴とするポリマ導波路の製造方法。
【請求項２】
基板の表面に形成された低屈折率層上に２５０℃よりも低い温度でポリシラン化合物のポリマ層を形成するポリマ形成工程、該ポリマ層上に所望の光伝搬層パターン状に紫外線レーザビームを照射して上記ポリマ層に屈折率の低下したパターンを形成するパターン形成工程、上記ポリマ層上に上記低屈折率層と同程度の屈折率を有する上部クラッド層を形成して導波路とする上部クラッド層形成工程、該導波路を３５０℃から３８０℃の温度範囲で熱処理する熱処理工程からなることを特徴とするポリマ導波路の製造方法。
【請求項３】
基板の表面に形成された低屈折率層上に２５０℃よりも低い温度でポリシラン化合物のポリマ層を形成するポリマ形成工程、該ポリマ層上に該低屈折率層と同程度の屈折率を有する上部クラッド層を形成して導波路とする導波路形成工程、上記ポリマ層上に所望の光伝搬層パターンの描かれたフォトマスクを配置してそのフォトマスクの上から紫外線を照射し、上記ポリマ層に屈折率の低下したパターンを形成するパターン形成工程、上記導波路を３５０℃から３８０℃の温度範囲で熱処理する熱処理工程からなることを特徴とするポリマ導波路の製造方法。
【請求項４】
基板の表面に形成された低屈折率層上に２５０℃よりも低い温度でポリシラン化合物のポリマ層を形成するポリマ形成工程、該ポリマ層上に該低屈折率層と同程度の屈折率を有する上部クラッド層を形成して導波路とする導波路形成工程、該ポリマ層上に所望の光伝搬層パターン状に紫外線レーザビームを照射して上記ポリマ層に屈折率の低下したパターンを形成するパターン形成工程、上記導波路を３５０℃から３８０℃の温度範囲で熱処理する熱処理工程からなることを特徴とするポリマ導波路の製造方法。
【請求項５】
請求項２又は４において、上記ポリマ層上に上記レーザビームを集光、照射しながら上記基板か上記レーザビームのいずれかの相対的移動によって上記レーザビームの照射された領域に屈折率の低下したパターンを直接描画するようにしたことを特徴とするポリマ導波路の製造方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかにおいて、上記紫外線の波長として、２３０ｎｍから４２０ｎｍの範囲から選ぶようにすることを特徴とするポリマ導波路の製造方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかにおいて、ポリシラン化合物としてＳｉ原子以外に炭化水素基、アルコキシ基、または水素原子と結合しているものを用いることを特徴とするポリマ導波路の製造方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかにおいて、ポリシラン化合物として少なくとも一部が重水素化されたものを用いることを特徴とするポリマ導波路の製造方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかにおいて、ポリシラン化合物として少なくとも一部がフッ素化されたものを用いることを特徴とするポリマ導波路の製造方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかにおいて、ポリシラン化合物としてシリコーン化合物が所望配合比で添加されているものを用いることを特徴とするポリマ導波路の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０において、シリコーン化合物として架橋性、あるいはアルコキシ基からなるものを用いることを特徴とするポリマ導波路の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１において、シリコーン化合物として少なくとも一部が重水素化されたものを用いることを特徴とするポリマ導波路の製造方法。
【請求項１３】
請求項１０から１２のいずれかにおいて、シリコーン化合物として少なくとも一部がフッ素化されたものを用いることを特徴とするポリマ導波路の製造方法。
【請求項１４】
請求項１０から１３のいずれかにおいて、ポリシラン化合物としてシリコーン化合物以外に光酸発生剤も所望配合比で添加されているものを用いることを特徴とするポリマ導波路の製造方法。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかにおいて、紫外線の照射されなかった領域の表面あるいは内部に、パルス幅が１０００ｆｓ以下の超短パルスレーザビームを集光、照射しながら上記基板か該パルスレーザビームのいずれかの相対的移動によって上記パルスレーザビームの照射された領域に屈折率を高く変化させたパターンを直接描画することを特徴とするポリマ導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリマ導波路の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光インターコネクション技術の進展により、装置間を光ファイバで並列光伝送する方式が実用段階に入ってきた。次世代方式として、ボード内やＬＳＩチップ間を光信号により並列伝送する方式が本格的に検討されるようになってきた。この並列伝送方式を実現するためには、伝送路として、光ファイバの代りに導波路が用いられる。この導波路として、ポリマ材料を用いたものが有力視されている。
【０００３】
ポリマ材料を用いた導波路は、低温プロセスで簡単に作成することができるので、ガラス材料を用いた導波路に比して、低コスト化、大型サイズ化の点で優位性が期待できると考えられている。すなわち、種々の基板の上に、有機溶媒に溶けたポリマ溶液をスピンコーティング法、押し出しコーティング法等で塗布し、その後、低温（≦３００℃）で加熱してポリマ膜とする。
【０００４】
ついでフォトリソグラフィやエッチングプロセスを用いて略矩形断面形状の高屈折率のコア用ポリマパターンを得た後に、そのコアパターンを覆うように低屈折率のポリマ膜を形成する方法である。
【０００５】
またポリマ導波路を大気中において簡単な方法で作成する方法として、本発明者は先にフォトブリーチング用ポリマ膜をそれよりも低屈折率のポリマ膜の形成された基板上に成膜し、ついで所望のコアパターンの描かれたフォトマスクをフォトブリーチング用ポリマ膜上に置いて紫外線光を照射し、紫外線光の照射されたフォトブリーチング用ポリマ膜の屈折率を低下させて側面クラッド層とし、紫外線光の照射されなかった領域は屈折率の低下のないコア層とし、フォトブリーチング用ポリマ膜を覆うように低屈折率のクラッド用ポリマ膜を成膜することによりポリマ導波路を実現する方法を提案した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したポリマ導波路には次のような大きな課題が存在しており、実用化の障害になっている。
【０００７】
（１）ポリマ材料固有の吸収基（ＣＨ基、ＯＨ基）に依存する吸収損失が存在しており、０．１ｄＢ／ｃｍ以下の低損失化は極めて難しい。
【０００８】
（２）導波路表面、あるいは裏面、更には内部に電子部品、電子回路、光部品、光回路等をハイブリッド実装する際には半田が用いられるが、現状である程度の低損失特性（０．２ｄＢ／ｃｍ程度）を期待できるポリマ材料を用いた導波路は耐熱性が悪く、上記半田リフロー温度（Ａｕ／Ｓｎ半田のリフロー温度：＞２８０℃）に耐えることが難しい。また２８０℃以上の温度で導波路に上記部品が実装、処理されると、導波路に用いているポリマの屈折率が変化してしまい、導波路の光学特性が大幅に変わって使用できなくなってしまう。これとは逆に耐熱特性を期待できるポリマ材料を用いた導波路では損失が大きかったり、偏波依存性があったりして実用上問題が生じる。
【０００９】
（３）フォトブリーチングポリマ材料を用いたポリマ導波路は大気中において簡単な方法で作れるという特長があるが、上記固有吸収による損失を下げることが難しい。
【００１０】
（４）ポリマ材料は、ガラス材料に比べて温度変化による屈折率の安定性が悪く、光回路を構成しても光学特性が変化しやすく、実用的な問題点がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ポリマ材料を出発材にした低損失で高比屈折率差のポリマ導波路の製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の本発明は、基板の表面に形成された低屈折率層上に２５０℃よりも低い温度でポリシラン化合物のポリマ層を形成するポリマ形成工程、ポリマ層上に所望の光伝搬層パターンの描かれたフォトマスクを配置してそのフォトマスクの上から紫外線を照射し、ポリマ層に屈折率の低下したパターンを形成するパターン形成工程、ポリマ層上に低屈折率層と同程度の屈折率を有する上部クラッド層を形成して導波路とする上部クラッド層形成工程、導波路を３５０℃から３８０℃の温度範囲で熱処理する熱処理工程からなるものである。
【００１３】
請求項２の発明は、基板の表面に形成された低屈折率層上に２５０℃よりも低い温度でポリシラン化合物のポリマ層を形成するポリマ形成工程、ポリマ層上に所望の光伝搬層パターン状に紫外線レーザビームを照射してポリマ層に屈折率の低下したパターンを形成するパターン形成工程、ポリマ層上に低屈折率層と同程度の屈折率を有する上部クラッド層を形成して導波路とする上部クラッド層形成工程、導波路を３５０℃から３８０℃の温度範囲で熱処理する熱処理工程からなるものである。
【００１４】
請求項３の発明は、基板の表面に形成された低屈折率層上に２５０℃よりも低い温度でポリシラン化合物のポリマ層を形成するポリマ形成工程、ポリマ層上に該低屈折率層と同程度の屈折率を有する上部クラッド層を形成して導波路とする導波路形成工程、ポリマ層上に所望の光伝搬層パターンの描かれたフォトマスクを配置してそのフォトマスクの上から紫外線を照射し、ポリマ層に屈折率の低下したパターンを形成するパターン形成工程、導波路を３５０℃から３８０℃の温度範囲で熱処理する熱処理工程からなるものである。
【００１５】
請求項４の発明は、基板の表面に形成された低屈折率層上に２５０℃よりも低い温度でポリシラン化合物のポリマ層を形成するポリマ形成工程、ポリマ層上に該低屈折率層と同程度の屈折率を有する上部クラッド層を形成して導波路とする導波路形成工程、ポリマ層上に所望の光伝搬層パターン状に紫外線レーザビームを照射してポリマ層に屈折率の低下したパターンを形成するパターン形成工程、導波路を３５０℃から３８０℃の温度範囲で熱処理する熱処理工程からなるものである。
【００１６】
請求項２又は４に記載の発明において、ポリマ層上にレーザビームを集光、照射しながら基板かレーザビームのいずれかの相対的移動によってレーザビームの照射された領域に屈折率の低下したパターンを直接描画するようにしてもよい。
【００１７】
請求項１から５のいずれかの発明において、紫外線の波長として、２３０ｎｍから４２０ｎｍの範囲から選ぶようにするのが好ましい。
【００１８】
請求項１から６のいずれかの発明において、ポリシラン化合物としてSi原子以外に炭化水素基、アルコキシ基、または水素原子と結合しているものを用いてもよい。
【００１９】
請求項１から７のいずれかの発明において、ポリシラン化合物として少なくとも一部が重水素化されたものを用いてもよい。
【００２０】
請求項１から８のいずれかの発明において、ポリシラン化合物として少なくとも一部がフッ素化されたものを用いてもよい。
【００２１】
請求項１から９のいずれかの発明において、ポリシラン化合物としてシリコーン化合物が所望配合比で添加されているものを用いてもよい。
【００２２】
請求項１０の発明において、シリコーン化合物として架橋性、あるいはアルコキシ基からなるものを用いてもよい。
【００２３】
請求項１０または１１の発明において、シリコーン化合物として少なくとも一部が重水素化されたものを用いてもよい。
【００２４】
請求項１０から１２のいずれかの発明において、シリコーン化合物として少なくとも一部がフッ素化されたものを用いてもよい。
【００２５】
請求項１０から１３のいずれかの発明において、ポリシラン化合物としてシリコーン化合物以外に光酸発生剤も所望配合比で添加されているものを用いてもよい。
【００２６】
請求項１から１４のいずれかの発明において、紫外線の照射されなかった領域の表面あるいは内部に、パルス幅が１０００ｆｓ以下の超短パルスレーザビームを集光、照射しながら基板かパルスレーザビームのいずれかの相対的移動によってパルスレーザビームの照射された領域に屈折率を高く変化させたパターンを直接描画してもよい。
【００２７】
本発明者は、有機溶媒に溶けたポリシラン化合物の溶液を基板上に塗布工程により塗布して形成したポリシラン化合物の膜を用いて導波路を検討してきた。その結果、ポリシラン化合物の膜を３５０℃以上の温度で加熱すると、無機化が進行し、非常に均一で、クラックのない膜となり、かつ超低損失な伝搬損失の膜になることを本発明者が見出した。
【００２８】
たとえば、ポリシラン化合物にフェニルメチルポリシランを用いた例で説明すると、通常は２５０℃以内の温度で熱処理を行なってポリマ膜化を行なっているが、これを３５０℃以上の温度で加熱することにより、側鎖のフェニル基やメチル基が脱離を起こし、無機化が起こる。このような無機化を起こした膜の伝搬損失を評価したところ、後述するように、無機化が進行すればするほど、すなわち、熱処理温度が高くなるほど、従来のポリマ膜の伝搬損失よりも大幅に低い値を実現できることを見出した。本発明はこの現象を利用したものである。
【００２９】
ところで、ポリシラン化合物以外の従来のポリマ膜を上記高温熱処理を行なうと、膜にクラックが入ったり、膜のはがれが生じたりするために、高温処理を行なうことができなかった。
【００３０】
これに対して、本発明者はポリシラン化合物、特にポリシラン化合物にシリコーン化合物を添加したものを用いることにより、高温熱処理をしてもクラックや膜はがれが生じないことを見出した。
【００３１】
ところが高温で熱処理したポリマ層上に所望の光伝搬層パターンの描かれたフォトマスクを置いてその上から紫外線を照射し、ポリマ層に屈折率の低下したパターンを形成するようにすると、紫外線の照射されなかった領域と紫外線の照射された領域の比屈折率差Δは非常に小さくなり、高比屈折率差の導波路を作ることが難しいことが分かった。
【００３２】
そこで、２５０℃よりも低い温度でポリシラン化合物のポリマ層を形成した後にポリマ層上に所望の光伝搬層パターンの描かれたフォトマスクを配置してその上から紫外線を照射し、ポリマ層に屈折率の低下したパターンを形成し、ついでポリマ層上に低屈折率層と同程度の屈折率を有する上部クラッド層を形成して導波路化するようにすると、高比屈折率差が実現され、その後で、導波路を３５０℃から３８０℃の温度範囲で熱処理すれば、比屈折率差は少し小さくなるが、前述した方法よりも高比屈折率差を実現でき、かつ低損失な導波路を実現できることが分かった。また比屈折率差Δの制御も容易であることが分かった。また紫外線レーザビームで直接描画することにより、照射領域と非照射領域との界面を均一にすることもできた。
【００３３】
本発明により、
（１）高比屈折率差化を実現すると共に、その後でポリシラン化合物を無機化することによりＣＨ基をほとんどなくすことができるので、このＣＨ基による吸収損失を大幅に低減した超低損失導波路を期待することができる。
【００３４】
（２）低温状態で紫外線照射によって屈折率変化を形成するので、より短時間にポリマ層の深さ方向の紫外線の照射、非照射界面の屈折率変化を付けることができ、界面の急峻な屈折率変化を実現することが可能となる。これにより高比屈折率差でも散乱損失の小さい導波路を実現することができる。
【００３５】
（３）Ａｕ／Ｓｎ半田のリフロー温度に耐えることができ、かつ屈折率の温度変動も少ないので、光学特性の安定した導波路が実現可能となる。また電子部品、電子回路、光部品、光回路等をハイブリッド実装した光・電気複合デバイス用の導波路及び導波路型光回路用として適用することができる。
【００３６】
（４）ポリマ溶液の塗布工程を用いた簡易プロセスで、超低コストで、かつ高性能光部品及び光デバイスを実現することが可能であり、光情報通信の更なる普及を促進させる起爆剤になる。
【００３７】
（５）より短波長（２６０ｎｍ付近）の紫外線でフォトブリーチング膜に屈折率変化パターンを直接描画することにより、更なる高比屈折率差化を実現することができる。
【００３８】
（６）紫外線のレーザビームで直接描画することにより、高屈折率の光伝搬層とその両側面の低屈折率クラッド層との比屈折率差Δをさらに高く、かつシャープな屈折率の境界を作ることができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００４０】
図１は本発明のポリマ導波路製造方法の一実施の形態を示す工程図である。
【００４１】
この製造方法は同図に示すＰ１１からＰ１６の工程からなる。
【００４２】
まず、工程Ｐ１１に示すように、基板表面上に形成された低屈折率層の上に有機溶媒に溶けたポリシラン化合物からなるポリマ溶液を塗布する。ここで用いる基板としては、ガラス、セラミックス、プラスチック、半導体、強誘電体、あるいはこれらの複合材料体の基板が挙げられる。ポリマ溶液の塗布は、スピンナーによる回転塗布、押し出しコーティング等によって行なわれる。
【００４３】
低屈折率層には、ＳｉＯ2、ＳｉＯ2にＴｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｆ、Ｔａ等の屈折率制御用ドーパントを添加したもの、あるいはポリマ層（たとえば、ポリシラン化合物にシリコーン化合物を８０ｗｔ％から１３０ｗｔ％添加したポリシラン化合物のポリマ層か、ポリシラン化合物を予め紫外線を照射して感光化させて屈折率を低くしたポリマ層）等を用いる。すなわち、ポリシラン化合物にシリコーン化合物を添加すると、その添加量が多いほど屈折率は低下するので、このシリコーン化合物の添加量を多くしたポリマ層を低屈折率層として用いる。
【００４４】
またポリシラン化合物の溶液あるいはポリマ層に予め紫外線を照射しておけば、屈折率を低くすることができるので、低屈折率層として使用することができる。その具体的な例として、低屈折率層には次のようなものを用いる。
【００４５】
分岐度が２０％の分岐状ポリメチルフェニルシラン化合物にシリコーン化合物を５０ｗｔ％添加したポリマを有機溶媒トルエンに溶かしてフォトブリーチング用ポリマ溶液とし、この溶液に予め紫外線（１５０ｗ水銀キセノンランプからの光を直径２０ｍｍのイメージファイババンドル内を伝搬させて出力させた光であり、約１０ｃｍ離して照射する。その出力は約１２００ｍｗ／ｃｍ2である。）を１３５分照射することによって屈折率を低下させ（波長６３２．８ｎｍにおける屈折率を紫外線照射前には１．６４５から１．６２に低下させ）、この溶液を、たとえば、Ｓｉ基板上に塗布し、１５０℃、３０分のプリベークを行なう。
【００４６】
次に、工程Ｐ１１に示すポリシラン化合物のポリマ層には、後述するように、分岐型ポリシラン化合物にシリコーン化合物を２０ｗｔ％から８０ｗｔ％添加したものを用いる。その例として、上記に示した分岐度が２０％の分岐状ポリメチルフェニルシラン化合物にシリコーン化合物を５０ｗｔ％添加したポリマを有機溶媒トルエンに溶かしてフォトブリーチング用ポリマ溶液を用いる。この溶液を、低屈折率の基板上に塗布し、１００℃から２５０℃の範囲で３０分のプリベークを行なう（工程Ｐ１２） 。
【００４７】
ついで上記ポリシラン化合物のポリマ膜の上に低屈折率のポリマ溶液を塗布する（工程Ｐ１３）。
【００４８】
その後に低屈折率のポリマ溶液を上記と同様のプリベーク条件で低屈折率のポリマ膜化を行なう（工程Ｐ１４）。
【００４９】
次に低屈折率のポリマ層の上に所望のコアパターンの描かれたフォトマスクを置き、そのフォトマスクの上から紫外線を照射してポリシラン化合物のポリマ層に屈折率変化パターンを形成する（工程Ｐ１５）。
【００５０】
そして最後に所望の比屈折率差導波路を実現可能な実用温度でのポストベークによる導波路の実現を行なう。ポストベークの温度範囲は３５０℃〜３８０℃、ベーキング条件は昇温、保温、降温特性をプログラミングした方法で行なう。特に、３５０℃よりも高い温度でベーキングする場合には、降温時に除冷しながら降温勾配を１℃／分から３℃／分程度のゆっくりとした温度勾配で下げることがマイクロクラックの発生を阻止するのに有効である。５℃／分よりも大きくなると、マイクロクラックを発生する（工程Ｐ１６）。
【００５１】
以上においてポリマ材料を出発材にした低損失で高比屈折率差のポリマ導波路の製造方法の提供を実現することができる。
【００５２】
図２は本発明のポリマ導波路製造方法の他の実施の形態を示す工程図である。
【００５３】
この製造方法は同図に示すように、Ｐ２１からＰ２６の工程からなる。
【００５４】
図１に示した実施の形態と異なる点は、図１の工程Ｐ１５に相当する工程（工程Ｐ２３）を図１の工程Ｐ１２に相当する工程（工程Ｐ２２）の後に設けた点である。すなわち、ポリシラン化合物のポリマ膜に予め高寸法精度の光伝搬層パターンを形成しておいた後にその上に低屈折率のポリマ層を被覆するようにした方法である。尚、工程Ｐ２１は図１の工程Ｐ１１に相当し、工程Ｐ２４は図１の工程Ｐ１３に相当し、工程Ｐ２６は図１の工程Ｐ１６に相当する。
【００５５】
本実施の形態においても図１に示した実施の形態と同様の効果が得られる。
【００５６】
図３は本発明のポリマ導波路製造方法の他の実施の形態を示す工程図である。
【００５７】
この実施の形態は低屈折率層にポリシラン化合物を用いたものである。
【００５８】
まず、工程Ｐ３１において、有機溶媒に溶けたポリシラン化合物の溶液へ紫外線を所望量照射して屈折率を低下させておく。具体例として、分岐度が２０％の分岐状ポリメチルフェニルシラン化合物にシリコーン化合物を５０ｗｔ％添加したポリマを有機溶媒トルエンに溶かしてフォトブリーチング用ポリマ溶液とし、この溶液に予め紫外線（１５０ｗ水銀キセノンランプからの光を直径２０ｍｍのイメージファイババンドル内を伝搬させて出力させた光であり、約１０ｃｍ離して照射する。その出力は約１２００ｍｗ／ｃｍ2である。）を１３５分照射することによって屈折率を低下（波長６３２．８ｎｍにおける屈折率を紫外線照射前には１．６４５から１．６２に低下）させる。
【００５９】
次に工程Ｐ３２に示すように、この溶液を基板上へ塗布する。
【００６０】
その後、工程Ｐ３３に示すように、ポリシラン化合物の溶液を１００〜１５０℃で２０分間の第１のプリベーク、２００〜２５０℃で３０分間の第２のプリベークを行なって屈折率が１．６２の低屈折率層を形成する。
【００６１】
以下Ｐ３４からＰ３９の工程は、図１のＰ１１からＰ１６の工程と同様の工程であるので、説明を省略する。
【００６２】
本実施の形態においても図１に示した実施の形態と同様の効果が得られる。
【００６３】
図４は本発明のポリマ導波路製造方法の他の実施の形態を示す工程図である。
【００６４】
低屈折率層の形成工程Ｐ４１からＰ４３は、図３に示した実施の形態と同様に、有機溶媒に溶けたポリシラン化合物の溶液に紫外線を照射したものを用いる。その後のＰ４４からＰ４９の工程は図２に示した工程Ｐ２１からＰ２６と同じであるので、説明を省略する。
【００６５】
本実施の形態においても図１に示した実施の形態と同様の効果が得られる。
【００６６】
図５は本発明のポリマ導波路製造方法の他の実施の形態を示す工程図である。
【００６７】
これは、図１のＰ１６の工程の後にＰ５７の工程を付加したものである。
【００６８】
このＰ５７の工程は、紫外線の照射されなかった領域の表面か、あるいはその内部にパルス幅が１０００ｆｓ以下の超短パルスレーザビームを集光、照射しながら照射領域の屈折率を高くさせた光伝搬層に変化させる工程である。この光伝搬層の形成は基板かパルスレーザビームのどちらかを相対的に移動させて行なう。
【００６９】
本実施の形態においても図１に示した実施の形態と同様の効果が得られる。
【００７０】
図６は本発明のポリマ導波路の製造方法を適用したフォトブリーチング用ポリマ膜の紫外線照射による屈折率変化特性を示す図であり、横軸はポストベーク温度を示し、縦軸は比屈折率差Δｂを示す。
【００７１】
まず前述した分岐度が２０％の分岐状ポリメチルフェニルシラン化合物にシリコーン化合物を５０ｗｔ％添加したポリマを有機溶媒トルエンに溶かしてフォトブリーチング用ポリマ溶液とする。
【００７２】
次にこのポリマ溶液を複数のＳｉ基板上にスピンナーで回転塗布して膜をそれぞれ形成した。
【００７３】
これらの膜を種々のプリベーク温度１５０℃、２００℃、２５０℃、２７５℃、３００℃に設定してそれぞれのプリベーク温度で熱処理したポリマ膜を作成し、その後に波長６３２．８ｎｍで屈折率（ｎｂ）を測定した。
【００７４】
次に、ポリマ膜に１８０００ｍＪのエネルギーの紫外線を照射して屈折率の低下をもたらせた（屈折率ｎａ）。
【００７５】
屈折率ｎｂと屈折率ｎａとから比屈折率差Δｂを求めた。
【００７６】
次にそれぞれのポリマ膜を種々のポストベーク温度で熱処理して屈折率がどの程度低下するかを求め、これらの屈折率値からポストベーク後の比屈折率差Δｂを求めた。横軸はポストベーク温度を示し、縦軸はΔｂを示している。この図から分かるように、プリベーク温度が２５０℃以下の低いプリベーク温度ではΔｂは、ポストベーク温度を３８０℃程度まで高くしても０．１％以上の値を持つことが分かる。すなわち、このフォトブリーチング方法によって３８０℃程度まで高くしても導波路構造を得られることができることを意味している。
【００７７】
これとは逆に、プリベーク温度が２７５℃以上になると、ポストベーク温度が３５０℃程度までは導波路構造が得られるが、比屈折率差Δの低い導波路になることを意味している。
【００７８】
図７は本発明のポリマ導波路の製造方法を適用したポリマ導波路に用いられるポリマ膜の伝搬損失のポストベーク温度依存性を示したものである。同図において横軸はポストベーク温度を示し、縦軸はポリマ膜の伝搬損失を示す。
【００７９】
同図よりポストベーク温度が高い程、低損失特性を実現できることが分かる。このポリマ膜は、バイコールガラス基板上に、分岐度が２０％の分岐状ポリメチルフェニルシラン化合物にシリコーン化合物を５０ｗｔ％添加したポリマを有機溶媒トルエンに溶かして作ったフォトブリーチング用ポリマ溶液を塗布し、１５０℃、２０分のプリベークの後に、ポストベーク温度を種々変えて作成した層について伝搬損失を評価したものである。
【００８０】
ポストベーク温度が高くなるほど、低損失になり、３５０℃以上の高温、すなわち、ポリマ層の無機化が進行してくると、より一層の低損失値が得られ、しかもクラックが全く発生せず、より一層に均一になることを見出すことができた。この高温熱処理により、本発明のポリマ導波路は、Ａｕ／Ｓｎ半田リフロー温度に十分に耐え、かつ、より一層の低損失特性を実現できることを示している。すなわち、ポリシラン化合物を無機化することにより、ＣＨ基をほとんど無くすことができ、これにより超低損失値が実現できることが分かった。なお、５００℃で熱処理を行なっても膜の剥離やクラックの発生などはなかった。
【００８１】
図８、図９、図１０（ａ）、図１１、図１２及び図１３は本発明のポリマ導波路の製造方法を適用したポリマ導波路の断面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の面方向の位置と屈折率との関係を示す図であり、図１０（ｃ）は図１０（ａ）の厚さ方向の位置と屈折率との関係を示す図である。図１０（ｂ）において横軸は面方向の位置を示し、縦軸は屈折率を示す。図１０（ｃ）において横軸は屈折率を示し、縦軸は厚さ方向の位置を示す。
【００８２】
まず、図８に示すポリマ導波路は、低屈折率基板１上に高屈折率のポリシラン化合物からなるコア層３（紫外線未照射部）及びその両側面にポリシラン化合物からなる低屈折率の側面クラッド層２−１、２−２（紫外線照射部）を有し、コア層３及び側面クラッド層２−１、２−２の上に低屈折率の上部クラッド層４を有する構造である。
【００８３】
図９は低屈折率の基板１とポリマコア層３−１、３−２、側面クラッド層２−１、２−２との間に低屈折率のポリマ層５を設けた構造である。すなわち、図９に示したポリマ導波路は、図３あるいは図４に示した製造方法で製造することができる導波路である。
【００８４】
図１０（ａ）に示したポリマ導波路は、高屈折率のポリマコア層３の中に超短パルスレーザビームを照射して更なる高屈折率化した領域６を設けた構造の導波路である。尚、２ａ−１、２ａ−２は側面クラッド層を示す。
【００８５】
図１１は図１０の導波路の上部に低屈折率の上部クラッド層を設けた構造である。
【００８６】
図１２は基板１とコア層３、側面クラッド層２−１、２−２との間に低屈折率のポリマ層５を設けた構造である。
【００８７】
図１３は上部クラッド層４の上に紫外線カット層７を設けた構造である。
【００８８】
ここで、本発明の変形例として、ポリシラン化合物の分岐度を２％から４８％まで変えたポリマ層を用いて導波路を作製し、損失を評価した結果、分岐度が高くなるほど、長波長帯（１３００ｎｍ帯、１５５０ｎｍ帯）で超低損失値（０．０６ｄＢ／ｃｍ）を実現することができた。
【００８９】
またさらに他の変形例として、シリコーン化合物を添加したポリシラン化合物に光酸発生剤（融点１９２℃、最大吸収波長１７７ｎｍのパラメトキシスチルトリアジン）を２％から５％添加したポリマ層を用いて導波路を検討した。損失は多少増加傾向にあったが、紫外線照射によるコア層パターンの深さ方向の均一性が良くなり、より寸法精度の良い矩形状コア層を実現することができた。光酸発生剤としては、トリアジン系のものが良いことが分かった。
【００９０】
また紫外線として、波長が３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザを用い、フォトマスクを用いないで直接描画を行なった結果、フォトブリーチングポリマ層の厚み８μｍに対して、その深さ方向に垂直に屈折率変化を実現させることができた。レーザの出力は２０ｍｗの連続発振レーザであり、ビームスポット径を約１μｍにして１００μｍ／ｓｅｃから１０００μｍ／ｓｅｃの移動速度で描画した結果、ポリマ層の深さ方向に垂直な屈折率変化と、レーザビーム描画幅の側面も均一なパターンを形成することができた。紫外線レーザには、それ以外に、波長が３５５ｎｍのＹＡＧ第３高調波レーザ、４００ｎｍの半導体レーザ、４４２ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザ、２５５ｎｍのエキシマレーザ、２６６ｎｍのＤｅｅｐ ＵＶレーザなどを用いることができる。特に２６６ｎｍのＤｅｅｐ ＵＶレーザはポリマ層に大きな屈折率変化を実現でき、かつ、２００ｍｗ以上の高出力を出せるので、高速描画ができる点で好ましい。
【００９１】
また紫外線の照射されなかった領域への超短パルスレーザビーム照射による高屈折率化の方法として、波長が８００ｎｍで、パルス幅が百数十ｆｓから１０００ｆｓ、繰り返し周波数が１０ｋＨｚから３００ｋＨｚ、平均出力が５０ｍｗ以上のものを用いて行なう。このレーザ照射の場合のレーザエネルギーは数μＪから１０数μＪの範囲が好ましい。それ以上になると、ポリマ層に穴があいてしまうので好ましくない。
【００９２】
本実施の形態に用いられるポリシラン化合物、シリコーン化合物、トリアジン系化合物、光酸発生剤等は種々のものを適用することができる。例えば、ポリシラン化合物には分岐度が２％以上の分岐状ポリシラン化合物が光透明度の点から好ましい。光酸発生剤にはトリアジン系が好ましく、その中でも長波長での光透明度の高いもの、融点の高いものが好ましい。シリコーン化合物も光透明度の高いもの、融点の高いものなどが好ましい。
【００９３】
本実施の形態に用いる有機溶媒には、炭素数５〜１２の炭化水素系、ハロゲン化炭化水素系及びエーテル系等である。炭化水素の例としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、ｎ−デカン、ｎ−ドデカン、ベンゼン、トルエン、キシレン、メトキシベンゼン等を用いることができる。ハロゲン化炭化水素系の例としては、四塩化炭素、クロロホルム、１，２−ジクロロエタン、ジクロロメタン、クロロベンゼン等を用いることができる。エーテル系の例としては、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラハイドロフラン等を用いることができる。またフォトブリーチング用ポリマ材料として、ニトロン化合物を含んだシリコーン化合物用の有機溶媒として、前述したように、ペグミアを用いても良い。
【００９４】
フォトブリーチング用ポリマ材料には、上記有機溶媒に溶ける材料でなければならない。本実施の形態に用いるポリシラン化合物としては、直鎖型及び分岐型を用いることができる。分岐型と直鎖型は、ポリシラン中に含まれるＳｉ原子の結合状態によって区別される。すなわち、分岐型ポリシランとは、隣接するＳｉ原子と結合している数（結合数）が、３または４であるＳｉ原子を含むポリシランである。これに対して、直鎖型のポリシランは、Ｓｉ原子の、隣接するＳｉ原子との結合数は２である。通常、Ｓｉ原子以外に、炭化水素基、アルコキシ基または水素原子と結合している。このような炭化水素基としては、炭素数１〜１０のハロゲンで置換されていてもよい脂肪族炭化水素基、炭素数６１〜１４の芳香族炭化水素基が好ましい。脂肪族炭化水素基の具体例として、メチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、トリフルオロプロピル基及びノナフルオロヘキシル基等の鎖状のもの、及びシクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基のような脂環式のもの等が挙げられる。また芳香族炭化水素基の具体例としては、フェニル基、ｐ−トリル基、ビフェニル基及びアントラシル基等が挙げられる。アルコキシ基としては、炭素数１〜８のものが挙げられる。具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基、オクチルオキシ基等が挙げられる。合成の容易さを考慮すると、これらの中でメチル基及びフェニル基が特に好ましい。
【００９５】
分岐型ポリシランの場合には、隣接するＳｉ原子との結合数が３または４であるＳｉ原子は、分岐型ポリシラン中の全体のＳｉ原子数の２％以上であることが好ましい。２％未満のものや直鎖型のポリシランは結晶性が高く、膜中で微結晶が生成し易いことにより光散乱の原因となり、光透明性が低下し易い。
【００９６】
本実施の形態に用いるポリシランはハロゲン化シラン化合物をナトリウムのようなアルカリ金属の存在下、ｎ−デカンやトルエンのような有機溶媒中において８０℃以上に加熱することによる重縮合反応によって製造することができる。また電解重合法や、金属マグネシウムと金属塩化物を用いた方法でも合成可能である。
【００９７】
分岐型ポリシランの場合には、オルガノトリハロシラン化合物、テトラハロシラン化合物、及びジオルガノジハロシラン化合物からなり、オルガノトリハロシラン化合物及びテトラハロシラン化合物が全体量の２モル％以上であるハロシラン混合物を加熱して重縮合することにより、目的とする分岐型ポリシランが得られる。ここで、オルガノトリハロシラン化合物は、隣接するＳｉ原子との結合数が３であるＳｉ原子源となり、一方のテトラハロシラン化合物は、隣接するＳｉ原子との結合数が４であるＳｉ原子源となる。なお、ネットワーク構造の確認は、紫外線吸収スペクトルやＳｉの核磁気共鳴スペクトルの測定により確認することができる。
【００９８】
ポリシランの原料として用いられるオルガノトリハロシラン化合物、テトラハロシラン化合物、及びジオルガノジハロシラン化合物がそれぞれ有するハロゲン原子は、塩素原子であることが好ましい。オルガノトリハロシラン化合物及びジオルガノハロシラン化合物が有するハロゲン原子以外の置換基としては、炭化水素基、アルコキシ基または水素原子が挙げられる。
【００９９】
本発明のポリシラン化合物に添加するシリコーン化合物としては、化１式で示されるものを用いる。
【０１００】
【化１】
0003724391.tif 000002
【０１０１】
ただし、化１式中、Ｒ１からＲ１２は、炭素数１〜１０のハロゲンまたはグリシジルオキシ基で置換されていてもよい脂肪族炭化水素基、炭素数６〜１２の芳香族炭化水素基、炭素数１〜８のアルコキシ基からなる群から選択される基であり、同一でも異なっていてもよい。ａ、ｂ、ｃ及びｄは０を含む整数であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ≧１を満たすものである。このシリコーン化合物が有する、脂肪族炭化水素基の具体例として、メチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、トリフルオロプロピル基、グリシジルオキシプロピル基等のような脂環式のものが挙げられる。またアルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基、オクチルオキシ基、ｔｅｒ−ブトキシ基等が挙げられる。Ｒ１からＲ１２の種類及びａ、ｂ、ｃ、ｄの値は特に重要ではなく、ポリシラン及び有機溶媒と相溶し、膜が透明なものであれば特に限定されない。相溶性を考慮した場合には、使用するポリシランが有する炭化水素基と同じ基を有していることが好ましい。例えば、ポリシランとして、フェニルメチル系のものを使用する場合には、同じフェニルメチル系またはジフェニル系のシリコーン化合物を使用することが好ましい。またＲ１からＲ２のうち、少なくとも２つが炭素系〜８のアルコキシ系であるような、１分子中にアルコキシ基を２つ以上有するシリコーン化合物は、架橋材として利用可能である。そのようなものとしては、アルコキシ基を１５から３５重量％含んだメチルフェニルメトキシシリコーンやフェニルメトキシシリコーン等を挙げることができる。分子量としては、１００００以下、好ましくは３０００以下のものが好適である。
【０１０２】
なお、膜中のＣＨ基やＯＨ基による光吸収を低減するために、ポリシラン化合物やシリコーン化合物に重水素化、少なくとも一部がハロゲン化、特にフッ素化したものを用いれば、吸収基による光損失を大幅に低減することができる。これにより、波長依存性の少ない低光損失のポリマ材料及びそれを用いたポリマ膜を実現可能となり、光学用材料及び部品として幅広い範囲に用途を拡大することが可能となる。
【０１０３】
またシリコーン化合物に架橋性、あるいはアルコキシ基からなるものを用いることによって分岐型ポリシラン化合物の中に均一に添加することができ、しかもトルエンのような有機溶媒中に容易に可溶してナノメータレベルの超微粒子状溶液となり、上記ポリマ溶液を用いることによって光散乱中心のない均一な構造体や膜を形成することができる。
【０１０４】
以上のように、本発明は下記に示すような効果を有している。
【０１０５】
（１）高比屈折率差化を実現すると共に、その後でポリシラン化合物を無機化することによりＣＨ基をほとんどなくすことができるので、このＣＨ基による吸収損失を大幅に低減した超低損失導波路を実現することができる。
【０１０６】
（２）低温状態で紫外線照射によって屈折率変化を形成するので、より短時間にポリマ層の深さ方向に紫外線の照射、非照射界面の屈折率変化を付けることができ、またその界面の急峻な屈折率変化を実現することができる。これにより高比屈折率差でも散乱損失の小さい導波路を実現することができる。
【０１０７】
（３）本発明の導波路はＡｕ／Ｓｎ半田のリフロー温度に耐えることができ、かつ屈折率の温度変動も少ないので、安定した光学特性の導波路を実現することができる。また電子部品、電子回路、光部品、光回路等をハイブリッド実装した光・電気複合デバイス用の導波路及び導波路型光回路用として適用することができる。
【０１０８】
（４）ポリマ溶液の塗布、加熱による簡易プロセスであるので、超低コストで、かつ高性能光部品及び光デバイスを実現することが可能であり、光情報通信の更なる普及を促進させる起爆剤になる。
【０１０９】
（５）より短波長（２６０ｎｍ付近）の紫外線を用いることにより、フォトブリーチング膜に大きな屈折率変化パターンを直接描画することができ、更なる高比屈折率差化を実現することができる。
【０１１０】
（６）紫外線のレーザビームで直接描画することにより、高屈折率の光伝搬層とその両側面の低屈折率クラッド層との比屈折率差Δをさらに高く、かつ界面にシャープな屈折率の境界を作ることができる。
【０１１１】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【０１１２】
ポリマ材料を出発材にした低損失で高比屈折率差のポリマ導波路の製造方法の提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のポリマ導波路製造方法の一実施の形態を示す工程図である。
【図２】本発明のポリマ導波路製造方法の他の実施の形態を示す工程図である。
【図３】本発明のポリマ導波路製造方法の他の実施の形態を示す工程図である。
【図４】本発明のポリマ導波路製造方法の他の実施の形態を示す工程図である。
【図５】本発明のポリマ導波路製造方法の他の実施の形態を示す工程図である。
【図６】本発明のポリマ導波路の製造方法を適用したフォトブリーチング用ポリマ膜の紫外線照射による屈折率変化特性を示す図である。
【図７】本発明のポリマ導波路の製造方法を適用したポリマ導波路に用いられるポリマ膜の伝搬損失のポストベーク温度依存性を示したものである。
【図８】本発明のポリマ導波路の製造方法を適用したポリマ導波路の断面図である。
【図９】本発明のポリマ導波路の製造方法を適用したポリマ導波路の断面図である。
【図１０】（ａ）は本発明のポリマ導波路の製造方法を適用したポリマ導波路の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の面方向の位置と屈折率との関係を示す図であり、（ｃ）は（ａ）の厚さ方向の位置と屈折率との関係を示す図である。
【図１１】本発明のポリマ導波路の製造方法を適用したポリマ導波路の断面図である。
【図１２】本発明のポリマ導波路の製造方法を適用したポリマ導波路の断面図である。
【図１３】本発明のポリマ導波路の製造方法を適用したポリマ導波路の断面図である。
【符号の説明】
１  基板（低屈折率基板）
２−１、２−２、２−３、２ａ−１、２ａ−２  側面の低屈折率クラッド層
３、３−１、３−２  高屈折率コア層
４  上部低屈折率クラッド層
６、６−１、６−２、６−３  高屈折率化した領域
７  紫外線カット層
【図１】
0003724391.tif 000003
【図２】
0003724391.tif 000004
【図３】
0003724391.tif 000005
【図４】
0003724391.tif 000006
【図５】
0003724391.tif 000007
【図６】
0003724391.tif 000008
【図７】
0003724391.tif 000009
【図８】
0003724391.tif 000010
【図９】
0003724391.tif 000011
【図１０】
0003724391.tif 000012
【図１１】
0003724391.tif 000013
【図１２】
0003724391.tif 000014
【図１３】
0003724391.tif 000015