(57)【要約】【課題】信頼性および耐久性に優れる光導波路を容易かつ安価に形成し得る光導波路の形成方法、かかる光導波路の形成方法により形成された光導波路、この光導波路を備える光回路基板および電子機器を提供すること。【解決手段】本発明の光導波路の形成方法は、基板２上に、第１のクラッド層１１を形成する第１の工程と、第１のクラッド層１１上に、第１のクラッド層１１より屈折率が大きいコア層１２を形成する第２の工程と、コア層１２を被覆するように、コア層１２より屈折率が小さい第２のクラッド層１３を形成する第３の工程とを有し、第１の工程、第２の工程および第３の工程において、第１のクラッド層１１、コア層１２および第２のクラッド層１３を、それぞれ、気化したシリコーンオイルをプラズマ重合させることにより形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のクラッド層を形成する第１の工程と、
該第１のクラッド層上に、前記第１のクラッド層より屈折率が大きいコア層を形成する第２の工程と、
該コア層を被覆するように、前記コア層より屈折率が小さい第２のクラッド層を形成する第３の工程とを有し、
前記第１の工程、前記第２の工程および前記第３の工程において、前記第１のクラッド層、前記コア層および前記第２のクラッド層を、それぞれ、気化したシリコーンオイルをプラズマ重合させることにより形成することを特徴とする光導波路の形成方法。
【請求項２】
前記第１の工程、前記第２の工程および前記第３の工程で用いる前記シリコーンオイルは、それぞれ、その重量平均分子量が１００〜５００である請求項１に記載の光導波路の形成方法。
【請求項３】
前記第１の工程、前記第２の工程および前記第３の工程は、それぞれ、減圧状態で行われる請求項１または２に記載の光導波路の形成方法。
【請求項４】
前記減圧状態における真空度は、０．１〜５００Ｐａである請求項３に記載の光導波路の形成方法。
【請求項５】
前記第１の工程、前記第２の工程および前記第３の工程において、前記シリコーンオイルの組成および／または前記プラズマ重合の処理条件を所定の条件に設定することにより、前記第１のクラッド層、前記コア層および前記第２のクラッド層の各屈折率をそれぞれ調整する請求項１ないし４のいずれかに記載の光導波路の形成方法。
【請求項６】
前記所定の条件は、雰囲気圧力、雰囲気温度、高周波出力、気化オイル流量および気化オイル濃度のうちの少なくとも１つである請求項１ないし５のいずれかに記載の光導波路の形成方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の光導波路の形成方法を用いて形成されたことを特徴とする光導波路。
【請求項８】
第１のクラッド層と、
該第１のクラッド層上に設けられた前記第１のクラッド層より屈折率が大きいコア層と、
該コア層を被覆するように設けられた前記コア層より屈折率が小さい第２のクラッド層とを備える光導波路であって、
前記第１のクラッド層、前記コア層および前記第２のクラッド層は、それぞれ、シリコーンオイルをプラズマ重合させることにより形成されたことを特徴とする光導波路。
【請求項９】
前記第１のクラッド層の屈折率をＡ、前記コア層の屈折率をＢとしたとき、Ｂ−Ａが０．００５〜０．２である請求項７または８に記載の光導波路。
【請求項１０】
前記コア層の屈折率をＢ、前記第２のクラッド層の屈折率をＣとしたとき、Ｂ−Ｃが０．００５〜０．２である請求項７ないし９のいずれかに記載の光導波路。
【請求項１１】
前記第１のクラッド層の屈折率と前記第２のクラッド層の屈折率とは、ほぼ等しい請求項７ないし１０のいずれかに記載の光導波路。
【請求項１２】
前記第１のクラッド層、前記コア層および前記第２のクラッド層は、互いに接触している請求項７ないし１１のいずれかに記載の光導波路。
【請求項１３】
前記第１のクラッド層、前記コア層および前記第２のクラッド層は、それぞれ、緻密質である請求項７ないし１２のいずれかに記載の光導波路。
【請求項１４】
前記第１のクラッド層、前記コア層および前記第２のクラッド層は、それぞれ、その空孔率が５％以下である請求項１３に記載の光導波路。
【請求項１５】
前記光導波路は、その平均厚さが５〜５００μｍである請求項７ないし１４のいずれかに記載の光導波路。
【請求項１６】
請求項７ないし１５のいずれかに記載の光導波路を備えることを特徴とする光回路基板。
【請求項１７】
請求項１６に記載の光回路基板を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路の形成方法、光導波路、光回路基板および電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年急速に関心の高まりつつある光通信において重要な光部品としては、光分岐結合器（光カプラ）、光合分波器、光アイソレータ、光ファイバーアンプ、等があるが、最近では導波路型素子が有望視されている。
現在のところ、最も高性能で信頼性の高い受動型光導波路素子は、ガラス導波路であるが、製造工程に１０００℃以上の高温のプロセスを含む等、加工性に問題がある。
そこで、レーザー光の集光照射により、屈折率が変化した部分をガラスの内部に連続して形成した光導波路が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
ところが、この光導波路は、ガラスで構成されるため、可撓性に乏しい、割れやすい等の問題がある。
かかる問題点を解決すべく、ポリマー材料を用いて光導波路を作製することが検討されている。
中でも、近赤外領域での光損失が小さい点、また、高耐熱性、低吸湿性等の優れた性質を備えている点で、含フッ素ポリイミド樹脂が光導波路用材料として脚光を浴びており、含フッ素ポリイミド樹脂を用いた製造方法が種々提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
しかしながら、これらの方法では、いずれも、導波路パターンのレリーフ構造を作製するのに、例えば、ポリイミド樹脂層の上に感光性樹脂でパターンを形成し、リアクティブイオンエッチング等でエッチングし、余分な感光性樹脂を剥離するという複雑な手法を用いている。このため、光導波路を作製するプロセスのステップ数が多くなり、製造コストや歩留まりに悪影響を及ぼすという問題点を有している。
また、レーザー光の照射により、高分子材料に光導波路を形成する方法として、フォトポリマーを使用した光導波路作製方法が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
しかし、この方法は、レーザー光の照射により重合度が上昇して、屈折率が変化するフォトポリマーを使用しているため、ポリマーに汎用性がなく、また、使用されるレーザー光は、重合度を上昇させる程度のものが使用されるので、高分子材料に照射して屈折率を変化させることは困難である。
また、レーザー光の集光照射により、屈折率が変化した部分を高分子材料の内部に連続して形成する方法が開示されている（例えば、特許文献４参照。）。
しかし、この方法では、屈折率を変化させるのに要する時間がレーザー光の走査速度に依存するため、複雑なパターンや全長が長い光導波路を作製するには生産性が劣るという問題がある。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−３１１２３７号公報
【特許文献２】特開平２−２８１０３７号公報
【特許文献３】特開平９−３１８８３１号公報
【特許文献４】特開２００３−１３１０５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、信頼性および耐久性に優れる光導波路を容易かつ安価に形成し得る光導波路の形成方法、かかる光導波路の形成方法により形成された光導波路、この光導波路を備える光回路基板および電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の光導波路の形成方法は、第１のクラッド層を形成する第１の工程と、
該第１のクラッド層上に、前記第１のクラッド層より屈折率が大きいコア層を形成する第２の工程と、
該コア層を被覆するように、前記コア層より屈折率が小さい第２のクラッド層を形成する第３の工程とを有し、
前記第１の工程、前記第２の工程および前記第３の工程において、前記第１のクラッド層、前記コア層および前記第２のクラッド層を、それぞれ、気化したシリコーンオイルをプラズマ重合させることにより形成することを特徴とする。
これにより、信頼性および耐久性に優れる光導波路を容易かつ安価に形成することができる。
【０００９】
本発明の光導波路の形成方法では、前記第１の工程、前記第２の工程および前記第３の工程で用いる前記シリコーンオイルは、それぞれ、その重量平均分子量が１００〜５００であることが好ましい。
これにより、シリコーンオイルを容易に気化させることができる。また、そのような重量平均分子量のシリコーンオイルは、適度な流動性を有するものであるため、シリコーンオイルの取り扱いが容易である。
【００１０】
本発明の光導波路の形成方法では、前記第１の工程、前記第２の工程および前記第３の工程は、それぞれ、減圧状態で行われることが好ましい。
これにより、プラズマ重合反応を容易に進行させることができる。
本発明の光導波路の形成方法では、前記減圧状態における真空度は、０．１〜５００Ｐａであることが好ましい。
これにより、プラズマ重合反応を容易に進行させることができるとともに、より安価にこれらの層を形成することができる。
【００１１】
本発明の光導波路の形成方法では、前記第１の工程、前記第２の工程および前記第３の工程において、前記シリコーンオイルの組成および／または前記プラズマ重合の処理条件を所定の条件に設定することにより、前記第１のクラッド層、前記コア層および前記第２のクラッド層の各屈折率をそれぞれ調整することが好ましい。
これにより、得られるクラッド層およびコア層の各屈折率を、所望の値に調整することができる。
【００１２】
本発明の光導波路の形成方法では、前記所定の条件は、雰囲気圧力、雰囲気温度、高周波出力、気化オイル流量および気化オイル濃度のうちの少なくとも１つであることが好ましい。
これにより、得られるクラッド層およびコア層の各屈折率を、より容易かつ確実に、所望の値に調整することができる。
【００１３】
本発明の光導波路は、本発明の光導波路の形成方法を用いて形成されたことを特徴とする。
これにより、信頼性および耐久性に優れる安価な光導波路が得られる。
本発明の光導波路は、第１のクラッド層と、
該第１のクラッド層上に設けられた前記第１のクラッド層より屈折率が大きいコア層と、
該コア層を被覆するように設けられた前記コア層より屈折率が小さい第２のクラッド層とを備える光導波路であって、
前記第１のクラッド層、前記コア層および前記第２のクラッド層は、それぞれ、シリコーンオイルをプラズマ重合させることにより形成されたことを特徴とする。
これにより、信頼性および耐久性に優れる安価な光導波路が得られる。
【００１４】
本発明の光導波路では、前記第１のクラッド層の屈折率をＡ、前記コア層の屈折率をＢとしたとき、Ｂ−Ａが０．００５〜０．２であることが好ましい。
これにより、光導波路の光の損失を小さくするとともに、小型化、高効率化でき、製造コストを低減することができる。
本発明の光導波路では、前記コア層の屈折率をＢ、前記第２のクラッド層の屈折率をＣとしたとき、Ｂ−Ｃが０．００５〜０．２であることが好ましい。
これにより、光導波路の光の損失を小さくするとともに、小型化、高効率化でき、製造コストを低減することができる。
【００１５】
本発明の光導波路では、前記第１のクラッド層の屈折率と前記第２のクラッド層の屈折率とは、ほぼ等しいことが好ましい。
これにより、コア層内に入射する光の入射角の違いによる光の損失の変化を、好適に防止することができる。
本発明の光導波路では、前記第１のクラッド層、前記コア層および前記第２のクラッド層は、互いに接触していることが好ましい。
これにより、光導波路のコア層を外部応力による損傷や湿気の混入による劣化等から確実に保護することができ、光導波路の機能を、長期間安定的に維持することができる。
【００１６】
本発明の光導波路では、前記第１のクラッド層、前記コア層および前記第２のクラッド層は、それぞれ、緻密質であることが好ましい。
これにより、光導波路の機械的強度をより向上させることができるとともに、クラッド層とコア層との間に生じる剥離等の不都合をより確実に防止することができる。
本発明の光導波路では、前記第１のクラッド層、前記コア層および前記第２のクラッド層は、それぞれ、その空孔率が５％以下であることが好ましい。
これにより、光導波路の機械的強度をさらに向上させることができるとともに、クラッド層とコア層との間に生じる剥離等の不都合をさらに確実に防止することができる。
本発明の光導波路では、前記光導波路は、その平均厚さが５〜５００μｍであることが好ましい。
これにより、光導波路としての信頼性を維持しつつ、光導波路の小型化（薄型化）を図ることができる。
【００１７】
本発明の光回路基板は、本発明の光導波路を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性および耐久性に優れる光回路基板が得られる。
本発明の電子機器は、本発明の光回路基板を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性および耐久性に優れる電子機器が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の光導波路の形成方法、光導波路、光回路基板および電子機器について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の光導波路および光回路基板の実施形態を示す縦断面図、図２〜図４は、それぞれ、図１に示す光導波路の形成方法を説明するための図（縦断面図）である。このうち、図２は第１のクラッド層の形成方法を、図３はコア層の形成方法を、図４は第２のクラッド層の形成方法をそれぞれ説明するための図（縦断面図）である。なお、以下の説明では、図１〜図４中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００１９】
図１に示す光回路基板１は、基板２と、基板２上に設けられた光導波路１０とを有している。
基板２は、例えば、多結晶シリコン、アモルファスシリコン等のシリコン、ゲルマニウム、ヒ素化ガリウム等の各種半導体材料、各種ガラス材料、各種金属材料、各種樹脂材料等で構成されている。
【００２０】
なお、基板２の構成材料として可撓性を有する樹脂材料を用いることにより、光回路基板１全体に可撓性を付与することができる。
また、基板２の平均厚さは、特に限定しないが、２０〜２０００μｍ程度であるのが好ましく、３０〜１０００μｍ程度であるのがより好ましい。基板２の平均厚さを前記範囲内とすることにより、光回路基板１全体の機械的強度を確保するとともに、光回路基板１全体の厚さが不必要に厚くなるのを防止することができる。
【００２１】
光導波路１０は、基板２上に設けられた第１のクラッド層１１と、第１のクラッド層１１上に設けられたコア層１２と、コア層１２を覆うように設けられた第２のクラッド層１３とを有している。
第１のクラッド層１１、コア層１２および第２のクラッド層１３は、それぞれ、シリコーンオイルをプラズマ重合して得られた重合体を主材料として構成されている。
これらの第１のクラッド層１１、コア層１２および第２のクラッド層１３の形成に、それぞれ、本発明の光導波路の形成方法が適用される。
【００２２】
ここで、本発明の光導波路の形成方法では、その原料として、シリコーンオイルを用いることに特徴を有する。シリコーンオイルは、安価かつ入手が容易であるため、光導波路１０の製造コストの低減、ひいては、光回路基板１の製造コストの低減を図ることができる。なお、本発明の光導波路の形成方法については、後に詳述する。
また、コア層１２の屈折率は、第１のクラッド層１１の屈折率より大きくなっており、第２のクラッド層１３の屈折率は、コア層１２の屈折率より小さくなっている。
【００２３】
これにより、光導波路１０は、コア層１２内に入射した光を、コア層１２と各クラッド層１１、１３との境界（界面）で繰り返し反射させることによって、コア層１２内を伝搬させる。
このため、コア層１２の屈折率と、各クラッド層１１、１３の屈折率との差をできるだけ大きく設定するのが好ましい。これにより、コア層１２から各クラッド層１１、１３へ逸脱（移行）する光量の増大、すなわち、コア層１２内を伝搬する光の損失の増大を防止することができる。
【００２４】
コア層１２の屈折率と第１のクラッド層１１の屈折率との差およびコア層１２の屈折率と第２のクラッド層１３の屈折率との差は、それぞれ、特に限定されないが、次のように設定するのが好ましい。
すなわち、第１のクラッド層１１の屈折率をＡ、コア層１２の屈折率をＢとしたとき、Ｂ−Ａが０．００５〜０．２程度であるのが好ましく、０．０１〜０．１程度であるのがより好ましい。Ｂ−Ａが前記下限値より小さいと、第１のクラッド層１１とコア層１２との屈折率の差が不十分となり、光の損失の増大を十分に防止できないおそれがある。一方、Ｂ−Ａが前記上限値より大きいことは、機能上問題とならないが、第１のクラッド層１１とコア層１２とで製造条件を大きく変える必要が生じ、コスト高となるため好ましくない。また、Ｂ−Ａが前記範囲内であることにより、光導波路１０の小型化および高効率化を図ることもできる。
【００２５】
また、コア層１２の屈折率をＢ、第２のクラッド層１３の屈折率をＣとしたとき、Ｂ−Ｃが０．００５〜０．２程度であるのが好ましく、０．０１〜０．１程度であるのがより好ましい。Ｂ−Ｃが前記下限値より小さいと、コア層１２と第２のクラッド層１３との屈折率の差が不十分となり、光の損失の増大を十分に防止できないおそれがある。一方、Ｂ−Ｃが前記上限値より大きいことは、機能上問題とならないが、コア層１２と第２のクラッド層１３とで製造条件を大きく変える必要が生じ、コスト高となるため好ましくない。また、Ｂ−Ｃが前記範囲内であることにより、光導波路１０の小型化および高効率化を図ることもできる。
【００２６】
また、第１のクラッド層１１の屈折率と第２のクラッド層１３の屈折率とは、互いに異なっていてもよいが、ほぼ等しいことが好ましい。これにより、コア層１２内に入射する光の入射角の違いによる光の損失の変化を、好適に防止することができる。
また、各層１１、１２、１３の屈折率は、それぞれ、１．２〜１．８程度であるのが好ましく、１．４〜１．６程度であるのがより好ましい。後述する本発明の光導波路の形成方法によれば、各層１１、１２、１３の屈折率を前記範囲内に調整することを、容易かつ安価に行うことができる。
【００２７】
また、図１に示すように、第１のクラッド層１１、コア層１２および第２のクラッド層１３は、互いに接触（密着）している。これにより、コア層１２を外部応力による損傷や湿気の混入による劣化等から確実に保護することができ、光導波路１０の機能を、長期間安定的に維持することができる。
また、第１のクラッド層１１、コア層１２および第２のクラッド層１３は、それぞれ、緻密質または多孔質のいずれであってもよいが、緻密質であるのが好ましい。これにより、光導波路１０の機械的強度を向上させることができる。したがって、光回路基板１を湾曲させた場合でも、各層１１、１２、１３にクラックが生じたり、各層間に剥離が生じたりする等の不都合をより確実に防止することができる。
【００２８】
特に、コア層１２が緻密質であることにより、コア層１２中に存在する空孔に起因する光の分散・損失を抑制することができる。
この場合、第１のクラッド層１１、コア層１２および第２のクラッド層１３の空孔率は、それぞれ、５％以下であるのが好ましく、１％以下であるのがより好ましい。これにより、前記効果をより向上させることができる。
【００２９】
光導波路１０の平均厚さは、５〜５００μｍ程度であるのが好ましく、５０〜２００μｍ程度であるのがより好ましい。光導波路１０の平均厚さが前記範囲内であることにより、光導波路としての信頼性を維持しつつ、光導波路１０の小型化（薄型化）を図ることができる。
また、光導波路１０の平均幅は、特に限定されないが、５〜５００μｍ程度であるのが好ましく、５０〜４００μｍ程度であるのがより好ましい。これにより、光導波路１０は、その機械的強度を維持しつつ、可撓性に優れたものとなる。
また、コア層１２の平均幅は、特に限定されないが、１〜１００μｍ程度であるのが好ましく、１０〜７０μｍ程度であるのがより好ましい。特に、コア層１２の厚さと幅とをほぼ等しく設定することにより、光導波路１０を光学特性により優れたものとすることができる。
【００３０】
このような光回路基板１は、例えば、次のようにして製造することができる。
［１］  まず、基板２の上面に第１のクラッド層１１を形成する（第１の工程）。
［１−１］  まず、シリコーンオイルを気化させる。
このシリコーンオイルを気化させる方法としては、例えば、ヒーター加熱、赤外線照射、超音波の付与等の方法が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００３１】
シリコーンオイルとしては、気化しやすいもの、すなわち、分子量が小さいものを用いるのが好ましい。分子量が小さいものは特別な気化システムを具備させなくても常温で充分気化するため、設備コストの低減を図ることができる。また、気化させたオイルは、そのままでも搬送用ガスで希釈して真空チャンバーに導入してもよい。
具体的には、シリコーンオイルの重量平均分子量は、１００〜５００程度であるのが好ましい。重量平均分子量が前記範囲内のシリコーンオイルは、沸点が比較的小さいものであり、前述した方法で容易に気化させることができる。また、そのような重量平均分子量のシリコーンオイルは、適度な流動性を有するものであるため、シリコーンオイルの取り扱いが容易である。
【００３２】
このようなシリコーンオイルとしては、例えば、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル、またはこれらに種々の官能基を導入した変性物等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
変性物としては、例えば、エポキシ系変性物、アルキル系変性物、アミノ系変性物、カルボキシル系変性物、アルコール系変性物、フッ素系変性物、アルキル・アラルキルポリエーテル系変性物、エポキシ・ポリエーテル系変性物、ポリエーテル系変性物等が挙げられる。
【００３３】
これらの中でも、特に、シリコーンオイルとしては、ジメチルシリコーンオイルまたはその変性物を主成分とするものを用いるのが好ましい。ジメチルシリコーンオイルまたはその変性物は、プラズマによる重合反応を生じやすいことから好ましく、また特に、安価で入手が容易であることからも好ましい。
なお、用いるシリコーンオイルの組成（例えば、種類、組み合わせ、比率）を適宜設定することにより、第１のクラッド層１１の屈折率を所望の値に調整することができる。
【００３４】
［１−２］  次に、気化したシリコーンオイルを真空チャンバー内に導入し、プラズマ重合させる。これにより、シリコーンオイルの重合体を得、この重合体を、基板２の上面を覆うように、堆積させ、図２（ａ）に示すように、重合体層１１’を形成する。
この真空チャンバーには、真空チャンバー内の排気をするための真空ポンプおよび気化したシリコーンオイルを導入するための配管がそれぞれ接続されている。また、配管には、必要に応じて、気化したシリコーンオイルの導入量を可変制御するバルブや気化オイルが再度凝縮しないよう加温機構が設けられる。
これらの他に、真空チャンバーには、プラズマを発生させるための電極、基板２を載置するためのステージ、基板２を加熱するためのヒーター、真空チャンバー内の雰囲気温度を制御するチラー、基板２に対して紫外線を照射するための紫外線ランプ等がそれぞれ備えられている。
【００３５】
気化したシリコーンオイル、すなわち、シリコーンオイルの分子は、真空チャンバー内において、電圧の印加によりプラズマ化し、プラズマ化したシリコーンオイルの分子同士が衝突し、重合反応を起こす。その結果、基板２上にシリコーンオイルの重合体（ポリオルガノシロキサン）が堆積し、重合体層１１’が形成される。
このとき、プラズマ重合の処理条件（成膜条件）を所定の条件に設定すること、または、前述したようなシリコーンオイルの組成とともにプラズマ重合の処理条件を所定の条件に設定することにより、第１のクラッド層１１の屈折率を、所望の値に調整することができる。
【００３６】
プラズマ重合の処理条件において、設定すべき条件（所定の条件）には、種々のものがあるが、雰囲気圧力、雰囲気温度、高周波出力、気化オイル流量および気化オイル濃度のうちの少なくとも１つであるのが好ましい。これら条件を設定することにより、より容易かつ確実に、第１のクラッド層１１の屈折率を調整することができる。
なお、気化オイル流量とは、気化したシリコーンオイルを含有するガスを真空チャンバー内に導入する際の流量のことを言い、気化オイル濃度とは、前記ガス中でシリコーンオイルが気化したガスの濃度（体積比）のことを言う。
【００３７】
この所定の条件は、目的とする屈折率に応じて適宜決定されるが、例えば、次のようにすることができる。
プラズマ重合の際の雰囲気圧力は、大気圧であってもよいが、減圧状態（大気圧未満）であるのが好ましい。雰囲気圧力を減圧状態とすることにより、プラズマ重合反応を容易に進行させることができる。
また、この場合の真空度は、０．１〜５００Ｐａ程度であるのがより好ましい。前記真空度を前記範囲を超えて高くしても、成膜速度が遅くなり、かつ高価な真空ポンプを必要とするため、製造コストが高くなり好ましくない。一方、前記真空度が前記範囲より低いと、重合反応が充分進行しない恐れがある。
【００３８】
プラズマ重合の際の雰囲気温度は、３０〜９０℃程度であるのが好ましい。前記雰囲気温度が前記範囲内であることにより、シリコーンオイルの分子を効率よくプラズマ化することができ、結果として、重合体層１１’を効率よく得ることができる。
プラズマ重合の際の高周波出力は、０．１〜３Ｗ／ｃｍ２程度であるのが好ましい。前記高周波出力が前記下限値より低いと、雰囲気温度等によっては、シリコーンオイルの分子を効率よくプラズマ化できず、重合体層１１’の形成に長い時間を要する場合がある。一方、前記高周波出力を前記上限値を超えて高くしても、重合体層１１’の成膜速度の向上が期待できない。
【００３９】
プラズマ重合の際の気化オイル流量は、真空チャンバーの容積に応じて最適な量を設定するのが好ましい。
プラズマ重合の際の気化オイル濃度は、１〜１００ｖｏｌ％の間で最適な濃度に設定するのが好ましい。
なお、このようにして重合体層１１’を形成した基板２を、必要に応じて、例えば、純水（超純水）、イオン交換水、蒸留水、ＲＯ水等を用いて洗浄する。
【００４０】
［１−３］  次に、重合体層１１’上に、第１のクラッド層１１に対応する形状のレジスト層３を形成する。
まず、図２（ｂ）に示すように、重合体層１１’上に、レジスト材料３’を塗布（供給）する。次いで、第１のクラッド層１１の形状に対応するフォトマスクを介して露光した後、現像液で現像する。
これにより、図２（ｃ）に示すように、第１のクラッド層１１に対応する形状にパターニングされたレジスト層３が得られる。
【００４１】
［１−４］  次に、このレジスト層３をマスクとして、図２（ｄ）に示すように、重合体層１１’の不要部分をエッチングにより除去する。
このエッチングには、例えば、プラズマエッチング、リアクティブイオンエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチング等の物理的エッチング法、ウェットエッチング等の化学的エッチング法等のうち１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００４２】
このうち、プラズマエッチングを用いるのが好ましい。これにより、短時間で確実に不要部分のエッチングを行うことができる。
また、エッチングガスとしては、各種フルオロカーボン系のガス、アンモニア、または窒素と水素との混合ガスが好ましい。これらのガスを用いることにより、膜の劣化を防止しつつ、高い寸法精度のエッチングを行うことができる。
また、プラズマエッチングは、大気圧下または減圧状態のいずれで行ってもよいが、大気圧下で行うのが好ましい。これにより、チャンバーや減圧手段等を省略することができ、製造コストの低減および製造時間の短縮を図ることができる。
【００４３】
［１−５］  次に、レジスト層３を除去する。これにより、図２（ｅ）に示すような第１のクラッド層１１が得られる。
このレジスト層３の除去には、好ましくはレジスト剥離液が用いられるが、硫酸過酸化水素水混合液やオゾン溶解水等の酸化性剥離液でもよく、その他、例えば、酸素含有ガスを用いた前述の物理的エッチング法を用いることもできる。
以上のように、フォトリソグラフィー法とエッチングとを組み合わせて用いることにより、寸法精度の高い第１のクラッド層１１を、容易かつ確実に形成することができる。
【００４４】
［２］  次に、第１のクラッド層１１上に、前記工程［１］と同様にして、前記第１のクラッド層１１より屈折率が大きいコア層１２を形成する（第２の工程）。
以下、工程［２］について説明するが、前記工程［１］との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００４５】
［２−１］  まず、前記工程［１−１］と同様にして、シリコーンオイルを気化させる。
なお、用いるシリコーンオイルの組成（例えば、種類、組み合わせ、比率）を所定の条件に設定することにより、コア層１２の屈折率を第１のクラッド層１１の屈折率より大きくなるように調整することができる。
【００４６】
［２−２］  次に、前記工程［１−２］と同様にして、図３（ａ）に示すように、基板２と第１のクラッド層１１とを覆うように、シリコーンオイルの重合体を堆積させて重合体層１２’を形成する。
このとき、プラズマ重合の処理条件（成膜条件）を所定の条件に設定すること、または、前述したようなシリコーンオイルの組成とともにプラズマ重合の処理条件を所定の条件に設定することにより、コア層１２の屈折率を第１のクラッド層１１の屈折率より大きくなるように調整することができる。
【００４７】
［２−３］  次に、前記工程［１−３］と同様にして、図３（ｂ）に示すように、重合体層１２’上に、レジスト材料４’を塗布し、コア層１２の形状に対応するフォトマスクを介して露光した後、現像液で現像する。
これにより、図３（ｃ）に示すように、コア層１２に対応する形状にパターニングされたレジスト層４が得られる。
【００４８】
［２−４］  次に、前記工程［１−４］と同様にして、図３（ｄ）に示すように、重合体層１２’の不要部分をエッチングにより除去する。
なお、前記工程［２−４］のエッチングにて、レジスト層４とコア層１２で覆われていない領域の第１のクラッド層１１は、図３（ｄ）では残っているが、当該領域は、エッチング条件を変えることで除去してしまってもよい。
［２−５］  次に、前記工程［１−５］と同様にして、レジスト層４を除去する。これにより、図３（ｅ）に示すようなコア層１２が得られる。
【００４９】
［３］  次に、コア層１２を被覆するように、前記工程［１］と同様にして、前記コア層より屈折率が小さい第２のクラッド層１３を形成する（第３の工程）。
以下、工程［３］について説明するが、前記工程［１］および前記工程［２］との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００５０】
［３−１］  まず、前記工程［１−１］と同様にして、シリコーンオイルを気化させる。
なお、用いるシリコーンオイルの組成（例えば、種類、組み合わせ、比率）を所定の条件に設定することにより、第２のクラッド層１３の屈折率をコア層１２の屈折率より小さくなるように調整することができる。
【００５１】
［３−２］  次に、前記工程［１−２］と同様にして、図４（ａ）に示すように、基板２と第１のクラッド層１１とを覆うように、シリコーンオイルの重合体を堆積させて重合体層１３’を形成する。
このとき、プラズマ重合の処理条件（成膜条件）を所定の条件に設定すること、または、前述したようなシリコーンオイルの組成とともにプラズマ重合の処理条件を所定の条件に設定することにより、第２のクラッド層１３の屈折率をコア層１２の屈折率より小さくなるように調整することができる。
【００５２】
［３−３］  次に、前記工程［１−３］と同様にして、図４（ｂ）に示すように、重合体層１３’上に、レジスト材料５’を塗布し、第２のクラッド層１３の形状に対応するフォトマスクを介して露光した後、現像液で現像する。
これにより、図４（ｃ）に示すように、第２のクラッド層１３に対応する形状にパターニングされたレジスト層５が得られる。
【００５３】
［３−４］  次に、前記工程［１−４］と同様にして、図４（ｄ）に示すように、重合体層１３’の不要部分をエッチングにより除去する。
［３−５］  次に、前記工程［１−５］と同様にして、レジスト層５を除去する。これにより、図４（ｅ）に示すような第２のクラッド層１３が得られる。
以上の工程を経て、光回路基板１が得られる。
【００５４】
かかる方法によれば、比較的安価で取り扱いが容易なシリコーンオイルを用いて、第１のクラッド層１１、コア層１２および第２のクラッド層１３を容易かつ安価に形成することができる。このため、各層１１、１２、１３の製造コストの低減、ひいては、光回路基板１および光導波路１０全体の製造コストの低減を図ることができる。
また、各層１１、１２、１３は、それぞれ、シリコーンオイルの重合体を主材料として構成されているため、各熱膨張率や各ヤング率等の物性が互いに近似している。このため、各層１１、１２、１３間における密着性が向上し、外部から加わる熱や応力に対しても、より安定な光導波路１０を得ることができる。
【００５５】
なお、本実施形態では、各層１１、１２、１３が直接接触している構成について示したが、これらの各層１１、１２、１３間には、任意の目的の中間層を１層または２層以上設けてもよい。例えば、この中間層を、コア層１２側から各クラッド層１１、１３側へと屈折率が連続的に変化する傾斜材料で構成することにより、光導波路１０を伝搬する光の経路長の差に起因した分散（モード分散）を低減し、光導波路１０の情報伝送容量をより向上させることができる。
【００５６】
＜電子機器＞
前述したような光導波路１０は、各種の電子機器に適用することができる。
図５は、本発明の電子機器の一例である光通信装置を示す図である。
図５に示す光通信装置１００は、光導波路１６０ａおよび１６０ｂが形成された基板１５０（光回路基板１）と、光伝送路１７０ａおよび１７０ｂと、発光素子１８０と、受光素子１８２と、制御回路１８４とを備えている。
【００５７】
制御回路１８４は、発光素子１８０を制御する電気信号を出力する。制御回路１８４は、例えば、受光素子１８２から受け取った電気信号に基づいて、発光素子１８０を制御する電気信号を出力する。また、制御回路１８４は、他の回路からの指示に基づき、電気信号を出力してもよい。発光素子１８０は、半導体レーザー等の光を発する素子であり、制御回路１８４から受け取った電気信号に基づいて、光信号を生成する。光導波路１６０ａは、発光素子１８０が生成した光信号を伝送する。光伝送路１７０ａは、光導波路１６０ａから受け取った光信号を、他の光通信装置に伝送する。
【００５８】
光伝送路１７０ｂは、他の光通信装置において生成された光信号を伝送する。光導波路１６０ｂは、光伝送路１７０ｂから受け取った光信号を伝送する。受光素子１８２は、フォトダイオード等の素子であり、光導波路１６０ｂから受け取った光に基づいて、電気信号を生成する。そして、制御回路１８４は、受光素子１８２から電気信号を受け取り、当該電気信号に基づいて所定の処理を行う。
【００５９】
図６は、本発明の電子機器の一例であるパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。
図６に示すパーソナルコンピュータ１０００は、表示パネル１００２と、キーボード１００４を有する本体部１００６とを備えている。
当該パーソナルコンピュータ１０００の本体部１００６内には、内蔵基板間や本体部１００６と表示パネル１００２との通信を行う手段として、光回路基板１が設けられている。
以上、本発明の光導波路の形成方法、光導波路、光回路基板および電子機器を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例】
【００６０】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．光回路基板の形成
［１］  第１のクラッド層の形成
まず、気化装置を配管で接続した真空チャンバーを用意し、内部のステージにシリコン基板を載置した後、排気ポンプを用いて真空チャンバー内を減圧状態とした。
次に、気化装置にジメチルシリコーンオイルを供給し、ジメチルシリコーンオイルを気化させた。
なお、ジメチルシリコーンオイルとして重量平均分子量が１００〜３００のものを用いた。
【００６１】
次に、気化したジメチルシリコーンオイルを、配管を通じて、真空チャンバー内に導入した。
そして、ジメチルシリコーンオイルをプラズマ重合させることにより、得られた重合体を、平均厚さ５００μｍのシリコン基板上に堆積させて、シリコーンオイルの重合体層を形成した。また、このシリコン基板を純水に浸漬して、洗浄した。
なお、プラズマ重合における処理条件は、以下に示す通りである。
・真空度        ：１〜５０Ｐａ
・雰囲気温度    ：４０℃
・高周波出力    ：０．１〜１Ｗ／ｃｍ２
・気化オイル流量：１０〜５００ｓｃｃｍ
・気化オイル濃度：１０〜９０ｖｏｌ％
【００６２】
次に、このシリコーンオイルの重合体層上に、フォトリソグラフィー法により、第１のクラッド層の形状に対応するパターンのレジスト層を形成した。
次に、フルオロカーボン系のガス雰囲気中において、大気圧プラズマを生成し、シリコン基板上の重合体層に対して、また酸素含有ガス雰囲気中において、大気圧プラズマを生成し、レジスト層に対して、それぞれプラズマエッチングを行った。これにより、レジスト層で覆われていない部分の重合体層およびレジスト層を除去して、第１のクラッド層を形成した。
【００６３】
［２］  コア層の形成
次に、ジメチルシリコーンオイルとして重量平均分子量１００〜３００のものを用いて、プラズマ重合の処理条件を以下のようにした以外は、前記工程［１］と同様にして、コア層を形成した。
・真空度        ：１〜５０Ｐａ
・雰囲気温度    ：４０℃
・高周波出力    ：０．２〜２Ｗ／ｃｍ２
・気化オイル流量：１０〜５００ｓｃｃｍ
・気化オイル濃度：１０〜９０ｖｏｌ％
なお、コア層の寸法は、平均幅３０μｍ×平均厚さ３０μｍであった。
【００６４】
［３］  第２のクラッド層の形成
次に、プラズマ重合の処理条件を前記工程［１］と同様にして、第２のクラッド層を形成した。
以上の工程により、図１に示す光回路基板を製造した。
なお、得られた光導波路の寸法は、平均幅３００μｍ×平均厚さ１５０μｍ×全長３０ｍｍであった。
【００６５】
２．評価
第１のクラッド層、コア層および第２のクラッド層について、それぞれ、屈折率と空孔率を測定した。
なお、屈折率は、プリズムカップリング法を、空孔率は、Ｘ線小角散乱法を、それぞれ用いて測定した。
また、光導波路における光の損失を、光ファイバ損失試験方法の１つであるカットバック法（ＪＩＳ  Ｃ  ６８２３  ７に規定）により測定した。
なお、この測定では、１．３μｍの波長の光を用いた。
これらの結果を表１に示す。
【００６６】
【表１】
2006194919.tif 000003
【００６７】
表１に示すように、シリコーンオイルの組成および／またはプラズマ重合の処理条件を所定の条件に設定することにより、第１のクラッド層、コア層および第２のクラッド層の各屈折率を調整し得ることが明らかとなった。また、これらの層は、いずれも、空孔率１％以下の緻密質であった。
また、光導波路における光の損失は、０．３ｄＢ／ｃｍであった。この値は、光導波路および光回路基板の実使用に耐え得る程度に小さく、良好なものであった。
また、シリコーンオイルの組成やプラズマ重合の処理条件を、本実施例で示した以外の条件にそれぞれ変更して光導波路を製造したところ、得られた光導波路は、いずれも光導波路として要求される特性を十分に発揮し得ることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の光導波路および光回路基板の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す第１のクラッド層の形成方法を説明するための図（縦断面図）である。
【図３】図１に示すコア層の形成方法を説明するための図（縦断面図）である。
【図４】図１に示す第２のクラッド層の形成方法を説明するための図（縦断面図）である。
【図５】本発明の電子機器の一例である光通信装置を示す図である。
【図６】本発明の電子機器の一例であるパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６９】
１……光回路基板  １０……光導波路  １１……第１のクラッド層  １２……コア層  １３……第２のクラッド層  １１’、１２’、１３’……重合体層  ２……基板  ３、４、５……レジスト層  ３’、４’、５’……レジスト材料  １００……光通信装置  １５０……基板  １６０ａ、１６０ｂ……光導波路  １７０ａ、１７０ｂ……光伝送路  １８０……発光素子  １８２……受光素子  １８４……制御回路  １０００……パーソナルコンピュータ  １００２……表示パネル  １００４……キーボード  １００６……本体部
【図１】
2006194919.tif 000004
【図２】
2006194919.tif 000005
【図３】
2006194919.tif 000006
【図４】
2006194919.tif 000007
【図５】
2006194919.tif 000008
【図６】
2006194919.tif 000009