(57)【要約】  【課題】  耐湿信頼性や耐クラック性に優れたポリマ光導波路フィルムを得る。  【解決手段】  ポリマから成るコア部３がポリマから成るフィルム状のクラッド部（下部クラッド層２，上部クラッド層４）の内部に形成されており、このクラッド部の主面が酸化物，窒化物または酸窒化物から成る保護層１・５で被覆されているポリマ光導波路フィルムである。保護層１・５によってポリマ光導波路６内への水の浸入を抑制することができ、また、ポリマ光導波路６の表面強度を向上させることができるので、耐湿信頼性や耐クラック性に優れたポリマ光導波路フィルムを得ることができる。【選択図】  図１
2005156882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマから成るコア部がポリマから成るフィルム状のクラッド部の内部に形成されており、該クラッド部の主面が酸化物，窒化物または酸窒化物から成る保護層で被覆されていることを特徴とするポリマ光導波路フィルム。
【請求項２】
前記ポリマは、シラノール基を含有するシロキサンポリマ被膜形成用塗液組成物を用いてシラノール基同士を脱水重合させることによって得られるシロキサンポリマであることを特徴とする請求項１記載のポリマ光導波路フィルム。
【請求項３】
前記保護層は、スパッタリング法，レーザアブレーション法または電子ビーム蒸着法によって形成されたことを特徴とする請求項１記載のポリマ光導波路フィルム。
【請求項４】
前記保護層は、前記コア部および前記クラッド部からなるポリマ光導波路の内部応力と逆方向の内部応力を有することを特徴とする請求項１記載のポリマ光導波路フィルム。
【請求項５】
前記保護層は、酸化珪素，窒化珪素または酸窒化珪素であることを特徴とする請求項１記載のポリマ光導波路フィルム。
【請求項６】
前記ポリマは、150℃以上220℃以下の加熱処理を経て形成されたシロキサンポリマであることを特徴とする請求項１記載のポリマ光導波路フィルム。
【請求項７】
前記ポリマは、下記一般式（１）
ＲｍＳｉ（ＯＲ’）４−ｍ・・・（１）
（ただし、Ｒ，Ｒ’は同一もしくは異なっていてもよく、それぞれ水素，アルキル基，アリール基，アルケニル基，またはそれらの置換体を表わす。また、ｍは０〜３の整数である。）
で表わされるアルコキシシランを加水分解および縮合させることによって得られるシロキサンポリマを含有するシロキサンポリマ被膜形成用塗液組成物を用いて形成されたことを特徴とする請求項１記載のポリマ光導波路フィルム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐クラック性に優れ、温度サイクル，湿中放置等に対する信頼性に優れたポリマ光導波路フィルムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ファイバを使用した光通信システムにおいて、基板上に、光信号を伝送するための光導波路と、光信号を受信するための受光素子と、光信号を発信するための発光素子と、これら受光素子・発光素子の駆動や信号の処理を行なうための回路素子等が設けられた光送受信モジュールが用いられている。この光送受信モジュールに使用される光導波路としては、より高い生産性や低コスト化の要求から、樹脂系材料を用いた光導波路を使用することが望まれている。
【０００３】
これに対し、本発明者らは、特願2002−253006において、光導波路に用いる樹脂系材料の一つとして、光透過性や耐熱性に優れており、光導波路製作における加工性にも優れており、耐クラック性に優れ温度サイクル試験等の信頼性に優れた被膜を得ることができるシロキサンポリマ被膜形成用塗液組成物およびそれを用いて形成した光導波路を提案した。
【０００４】
また、ポリマ本来の柔軟な性質を積極的に利用したフレキシブルな高分子（ポリマ）光導波路フィルムが特許文献１や特許文献２等において提案されている。さらに、このフレキシブルなポリマ光導波路フィルムを光インターコネクションに利用することが提案されており、例えば、特許文献３においてはフィルム光配線（ポリマ光導波路フィルム）を用いた光モジュール実装構造が、特許文献４においては光導波路フィルムを用いた光導波路接続構造および光素子実装構造ならびに光ファイバ実装構造が提案されている。
【特許文献１】特開平８−304650号公報
【特許文献２】特開2001−281486号公報
【特許文献３】特開平11−352362号公報
【特許文献４】特開2002−48949号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、こうした従来のポリマ光導波路フィルムにおいては、フィルム厚が薄い場合には、耐湿信頼性や耐クラック性に劣るという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐湿信頼性や耐クラック性に優れたポリマ光導波路フィルムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のポリマ光導波路フィルムは、ポリマから成るコア部がポリマから成るフィルム状のクラッド部の内部に形成されており、このクラッド部の主面が酸化物，窒化物または酸窒化物から成る保護層で被覆されていることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明のポリマ光導波路フィルムは、上記構成において、前記ポリマは、シラノール基を含有するシロキサンポリマ被膜形成用塗液組成物を用いてシラノール基同士を脱水重合させることによって得られるシロキサンポリマであることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明のポリマ光導波路フィルムは、上記構成において、前記保護層は、スパッタリング法，レーザアブレーション法または電子ビーム蒸着法によって形成されたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明のポリマ光導波路フィルムは、上記構成において、前記保護層は、前記コア部および前記クラッド部からなるポリマ光導波路の内部応力と逆方向の内部応力を有することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明のポリマ光導波路フィルムは、上記構成において、前記保護層は、酸化珪素，窒化珪素または酸窒化珪素であることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明のポリマ光導波路フィルムは、上記構成において、前記ポリマは、150℃以上220℃以下の加熱処理を経て形成されたシロキサンポリマであることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明のポリマ光導波路フィルムは、上記構成において、前記ポリマは、下記一般式（１）
ＲｍＳｉ（ＯＲ’）４−ｍ・・・（１）
（ただし、Ｒ，Ｒ’は同一もしくは異なっていてもよく、それぞれ水素，アルキル基，アリール基，アルケニル基，またはそれらの置換体を表わす。また、ｍは０〜３の整数である。）
で表わされるアルコキシシランを加水分解および縮合させることによって得られるシロキサンポリマを含有するシロキサンポリマ被膜形成用塗液組成物を用いて形成されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のポリマ光導波路フィルムによれば、ポリマから成るコア部がポリマから成るフィルム状のクラッド部の内部に形成されているポリマ光導波路のクラッド部の主面が酸化物，窒化物または酸窒化物から成る保護層で被覆されているので、この保護層によってポリマ光導波路フィルム内への水の浸入を抑制することができ、また、この保護層によってポリマ光導波路フィルムの表面強度を向上させることができるため、耐湿信頼性や耐クラック性に優れたものとなる。また、ポリマ表面にシラノール基が露出している場合には、酸化物または窒化物から成る保護層との界面で共有結合による強い結合が生成されるので、良好な密着力が得られ、保護層として良好に機能させることができる。
【００１５】
また、本発明のポリマ光導波路フィルムによれば、ポリマがシラノール基を含有するシロキサンポリマ被膜形成用塗液組成物を用いてシラノール基同士を脱水重合させることによって得られるシロキサンポリマであるときには、予めポリマ化されたシロキサンポリマ被膜形成用塗液組成物を脱水重合によって架橋させてさらに高分子化するので、膜形成の際に、大きな体積収縮を伴うことなく耐熱性・強靭性に優れたシロキサン骨格を有するシロキサンポリマ被膜を得ることができ、この被膜を用いて、耐クラック性・耐熱性・耐湿性に優れたポリマ光導波路を作製できるものとなる。
【００１６】
また、本発明のポリマ光導波路フィルムによれば、保護層がスパッタリング法，レーザアブレーション法または電子ビーム蒸着法によって形成されたものであるときには、ポリマにダメージを与えない程度の低温で耐水パッシベーション性に優れる保護層を形成でき、また、成膜プロセス条件によって膜応力や膜の機械特性をある程度調整することができるので、この保護層を形成したポリマ光導波路は耐クラック性・耐湿性信頼性に優れたものとなる。
【００１７】
また、本発明のポリマ光導波路フィルムによれば、保護層がコア部および前記クラッド部からなるポリマ光導波路の内部応力と逆方向の内部応力を有するときには、全体の応力が緩和されるので、クラックの発生や膜剥がれを効果的に抑制することができるものとなる。
【００１８】
また、本発明のポリマ光導波路フィルムによれば、保護層が酸化珪素，窒化珪素または酸窒化珪素であるときには、優れた耐水パッシベーション性が得られるので、吸湿によるポリマ光導波路の特性劣化を効果的に抑制することができるものとなる。
【００１９】
また、本発明のポリマ光導波路フィルムによれば、ポリマが150℃以上220℃以下の加熱処理を経て形成されたシロキサンポリマであるときには、シロキサンポリマ被膜形成の際の収縮による膜応力を小さくすることができるので、ポリマ光導波路の作製工程において、膜応力に起因するクラック・膜剥がれ・しわ等の発生を効果的に抑制することができるものとなる。
【００２０】
また、本発明のポリマ光導波路フィルムによれば、ポリマが下記一般式（１）
ＲｍＳｉ（ＯＲ’）４−ｍ・・・（１）
で表わされるアルコキシシランを加水分解および縮合させることによって得られるシロキサンポリマを含有するシロキサンポリマ被膜形成用塗液組成物を用いて形成されたものであるときには、耐熱性・強靭性に優れたシロキサン骨格を有しつつ、官能基Ｒを適当に選ぶことによって柔軟性・透光性に優れたポリマとすることができるので、このポリマを用いて作製されたポリマ光導波路は耐熱性・耐クラック性・低光損失なものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明のポリマ光導波路フィルムを図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明のポリマ光導波路フィルムの実施の形態の一例を示す断面図である。図１において、１は保護層、２はポリマ光導波路６の下部クラッド層であり、３はポリマ光導波路６のコア部、４はポリマ光導波路６の上部クラッド層である。下部クラッド層２および上部クラッド層４によりポリマ光導波路６のクラッド部が構成され、下部クラッド層２・コア部３・上部クラッド層４によりポリマ光導波路６が構成される。また、５はクラッド部の主面である上部クラッド層４の上面に形成された保護層である。なお、保護層１はクラッド部の主面である下部クラッド層２の下面に形成されている。
【００２３】
本発明のポリマ光導波路フィルムの下部クラッド層２，コア部３および上部クラッド層４を形成するポリマには、シロキサンポリマ，ポリイミド，フッ素化ポリマ，アクリル系ポリマ，エポキシ系ポリマ，ベンゾシクロブテン等を用いる。ここで、本発明のポリマ光導波路フィルムに使用されるシロキサンポリマとしては、アルコキシシランに水を反応させて加水分解し、さらに加熱または常温での放置により部分的に脱水縮合させることにより高分子量化させたものが、低損失で高信頼性のポリマ光導波路６を形成することができるので好適である。
【００２４】
本発明に使用されるアルコキシシランは下記一般式（１）で表わされるものである。
【００２５】
ＲｍＳｉ（ＯＲ’）４−ｍ・・・（１）
ただし、Ｒ，Ｒ’は同一もしくは異なっていてもよく、それぞれ水素，アルキル基，アリール基，アルケニル基，およびそれらの置換体を表わす。また、ｍは０〜３の整数である。
【００２６】
Ｒは、例えば、水素，メチル基・エチル基・プロピル基等のアルキル基，フェニル基等のアリール基，ビニル基等のアルケニル基，β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチル基・γ−メタクリロキシプロピル基・γ−グリシドキシプロピル基・γ−クロロプロピル基・γ−メルカプトプロピル基・γ−アミノプロピル基・Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピル基・Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピル基・トリフロオロメチル基・３、３、３−トリフルオロプロピル基等の置換アルキル基等が挙げられる。これらの中から、１種あるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。この選択により、得られる被膜の特性を調整することが可能である。特に、被膜の強靭性向上の点からは、Ｒとしては、アルコキシ基を除く、反応性基を有するものであるのが望ましい。例えば、ビニル基，γ−メタクリロキシプロピル基，γ−グリシドキシプロピル基である。これらを用いることにより、得られるシロキサンポリマ被膜は、シロキサン骨格のみでなく、これら反応基による架橋形成による骨格形成が成され、被膜の強靭性が向上するものである。
【００２７】
Ｒ’は、例えば、水素，メチル基・エチル基・ｎ−プロピル基・ｉ−プロピル基ｎ−ブチル基・ｓｅｃ−ブチル基・ｔ−ブチル基等のアルキル基，フェニル基等のアリール基，アセチル基・β−メトキシエトキシ基等の置換アルキル基等が挙げられる。
【００２８】
これらのアルコキシシランの具体例としては、テトラヒドロキシシラン・テトラメトキシシラン・テトラエトキシシラン・メチルトリメトキシシラン・メチルトリエトキシシラン・フェニルトリメトキシシラン・フェニルトリエトキシシラン・ビニルトリメトキシシラン・ビニルトリエトキシシラン・γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン・γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン・γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン・γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン・ジメチルジメトキシシラン・ジメチルジエトキシシラン・ジフェニルジメトキシシラン・ジフェニルジエトキシシラン・γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン・γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン・トリフルオロメチルトリメトキシシラン・トリフルオロメチルトリエトキシシランを挙げることができ、これらのアルコキシシランは単独または２種以上を混合して用いることができる。
【００２９】
これらのアルコキシシランの加水分解および縮合反応は無溶媒で行なってもよいが、通常は有機溶媒中で行なわれる。この有機溶媒としては、例えば、メタノール・エタノール・プロパノール・ブタノール・３−メチル−３−メトキシブタノール等のアルコール類，エチレングリコール・プロピレングリコール等のグリコール類，エチレングリコールモノメチエーテル・プロピレングリコールモノメチルエーテル・プロピレングリコールモノブチルエーテル・ジエチルエーテル等のエーテル類，メチルイソブチルケトン・ジイソブチルケトン等のケトン類，ジメチルホルムアミド・ジメチルアセトアミド等のアミド類，エチルアセテート・エチルセロソルブアセテート・３−メチル−３−メトキシブチルアセテート等のアセテート類，トルエン・キシレン・ヘキサン・シクロヘキサン等の芳香族あるいは脂肪族炭化水素の他、Ｎ−メチル−２−ピロリドン・γ−ブチロラクトン，ジメチルスルホキシドを挙げることができる。
【００３０】
本発明においては、溶媒は除去されることなく、最終的に得られる塗液の溶剤を兼用することができる。従って、得られる塗液の塗布性向上の点からは、溶媒には沸点が100〜300℃の液体を用いることが好ましい。
【００３１】
溶媒の量は任意に選択可能であるが、アルコキシシラン１質量部に対して、0.1〜10.0質量部の範囲で用いるのが好ましい。
【００３２】
加水分解および縮合反応を行なわせるために用いる水はイオン交換水が好ましく、その量はアルコキシシラン１モルに対して、１〜４倍モルの範囲で用いるのが好ましい。
【００３３】
また、加水分解および縮合反応をさせるために、必要に応じて触媒を用いることができる。用いる触媒としては、塩酸，硫酸，酢酸，トリフルオロ酢酸，リン酸，硼酸，ｐ−トルエンスルホン酸，イオン交換樹脂等の酸触媒、およびトリエチルアミン，ジエチルアミン，トリエタノールアミン，ジエタノールアミン，水酸化ナトリウム，水酸化カリウム等の塩基触媒が挙げられるが、得られる被膜の強靭性向上の点からは酸触媒が好ましい。
【００３４】
触媒の量は、アルコキシシラン１質量部に対して、0.001〜0.1質量部の範囲で用いるのが好ましい。0.1質量部を超えると、塗液の保存安定性および平坦性が損なわれる傾向がある。また、0.001質量部より少ない場合では、低重合度ポリマしか得られず塗布性が損なわれる傾向がある。
【００３５】
加水分解および縮合反応の反応温度は、通常は凝固点から沸点の範囲で選択されるが、沸点以上の温度で、副生する低沸点アルコールおよび水を留去させながら反応を進行させることが塗布性および保存安定性の点から好ましい。
【００３６】
また、反応温度は、通常は凝固点から沸点の範囲で選択される。
【００３７】
なお、反応雰囲気は窒素雰囲気下で行なうのが好ましい。
【００３８】
本発明のポリマ光導波路フィルムに用いるシロキサンポリマを合成する際は、アルコキシシランを全て一度に混合した後に全体的に加水分解反応させたり、それぞれのアルコキシシランを部分的に加水分解させた後にそれらを混合して加水分解を進めたりする等種々の異なった反応の方法や、反応時間，反応温度等を変えることによって、種々の分子量を有するシロキサンポリマを得ることができる。そして、それらのシロキサンポリマの分子量分散（Ｍｗ／Ｍｎ）が、質量平均分子量が10万未満で、かつ、質量平均分子量（Ｍｗ）に対する数平均分子量（Ｍｎ）の比、つまり分子量分散（Ｍｗ／Ｍｎ）が25以下である場合には、十分な強靱性を持ち、耐クラック性に優れたものとなる。より好適な分子量分散（Ｍｗ／Ｍｎ）の範囲としては、22以下、さらにより好適な範囲としては15から20である。分子量分散（Ｍｗ／Ｍｎ）をこのような範囲とすることにより、より耐クラック性に優れたシロキサンポリマ被膜を得ることができ、それを用いて形成したポリマ光導波路も、より耐クラック性に優れたものとなる。
【００３９】
なお、分子量測定は測定条件で大きく変化することを留意すべきである。ここで、分子量測定はゲルパーミエーションクロマトグラフィにより行ない、ウォーターズ社製Ｍｏｄｅｌ−510を用いるとよい。測定条件としては、例えば、カラムとして昭和電工（株）製ＫＦ−804Ｌ・ＫＦ−803・ＫＦ−802の３本直列つなぎ、カラム温度40℃、溶媒としてテトラヒドロフラン、流速0.8ｍｌ／分、また、分子量基準として単分散ポリスチレンを用いる。
【００４０】
本発明で用いるシロキサンポリマ被膜形成用塗液組成物においては、上記のシロキサンポリマを、有機溶媒、好ましくは沸点が100℃以上の有機溶剤を溶剤として用いた溶液状態で用いるとよい。溶剤は、シロキサンポリマを合成した際の反応溶媒をそのまま溶剤として用いることもできる。また、必要に応じて、反応後に、塗布性向上等のために溶剤置換を行なうことや、濃度調整のために溶剤の添加・除去を行なうことも可能である。このときの溶剤としては、シロキサンポリマの合成に用いることができる溶媒として前述した溶剤を単独で、あるいは２種以上を混合して用いることができる。
【００４１】
さらに、本発明で用いるシロキサンポリマ被膜形成用塗液組成物には、必要に応じて、膜硬化剤，粘度調整剤，界面活性剤，安定化剤，着色剤，ガラス質形成剤等を添加することができる。
【００４２】
ここで、シロキサンポリマ被膜を得る方法としては、本発明で用いるシロキサンポリマ被膜形成用塗液組成物をスピンコート，ディッピングコート，スプレーコート，スクリーン印刷等の公知の方法によって、基板上に塗布し、乾燥するとよい。乾燥は、オーブンやホットプレートを用いて50〜150℃の範囲で30秒〜30分間行なえばよい。乾燥後の膜厚は、１〜20μｍとするのが好ましい。その後、被膜を加熱硬化する。加熱硬化は、オーブンやホットプレートを用いて150〜300℃の範囲で、より好ましくは150℃〜220℃の範囲で10分〜４時間行なうのが好ましい。また、加熱硬化は窒素雰囲気中で行なうことが好ましい。１度の被膜形成で20μｍを超えるような場合には、被膜にしわやクラックが生じたり急激な溶媒の蒸発により表面が荒れたりすることがあるので、膜厚が20μｍを超えるような場合には数回に分けて積層形成するのがよい。
【００４３】
このようにして得られるシロキサンポリマから成る被膜は、被膜形成時の体積収縮が小さいため、表面平坦化性に優れたものである。例えば、幅が10μｍで高さが10μｍの凸構造を有する基板表面に厚さ15μｍのシロキサンポリマ被膜を形成した場合には、表面の段差は0.3μｍ以下となり、優れた表面平坦化性を示す。
【００４４】
また、基板上に、シラノール基を含有するシロキサンポリマ被膜形成用塗液組成物を塗布しシラノール基同士を脱水重合させることによってシロキサンポリマ被膜を形成する第１の工程を行なった後に、酸溶液に浸漬することによってシロキサンポリマ被膜中に残留したシラノール基の脱水重合反応を促進する第２の工程を行なうことによって、内部応力の大きな増加を伴うことなく、シロキサンポリマ被膜中の残留シラノール基を低減することができ、シラノール基による吸湿や透湿を原因とする光透過特性の劣化や、膜剥がれ等種々の特性劣化を抑制することができる。
【００４５】
また、第１の工程において220℃を超える高い温度で加熱処理を行なった場合には、脱水重合反応による架橋が被膜の収縮を伴いつつ進むため、内部応力が大きくなりクラック発生の原因となる。一方、第１の工程において150℃以上220℃以下の温度で加熱処理を行なった場合には、脱水重合反応による架橋が不十分ではあるが、内部応力が小さい被膜となる。不十分な架橋ではあるが、ポリマ光導波路フィルムを製作するためのその後の工程を通すのには十分な膜強度である。そして、被膜形成後、酸溶液に浸漬することによって残留したシラノール基の脱水重合反応を促進する第２の工程を行なうことにより、内部応力の大きな増加を伴うことなく十分に架橋したシロキサンポリマ被膜を得ることができ、内部応力が小さく、また、十分な架橋による膜強度を有するシロキサンポリマ被膜を得ることができる。
【００４６】
従来、種々のシロキサンポリマ被膜形成用塗液組成物には、シラノール基同士の架橋を促進するために酸触媒を入れることが一般的であった。そして、基板への塗布後に一度の加熱処理によって架橋を進め被膜の形成を行なうことが一般的であった。しかし、その際、脱水重合による体積収縮を伴い膜応力を発生させ、それによってクラックや剥がれの原因となるため、形成できる被膜の膜厚は薄くせざるを得なかった。これに対し、上記のような本発明に用いるシロキサンポリマ被膜の形成においては、第１の工程では敢えて、その後のポリマ光導波路フィルム作製の工程を通すのに十分な強度を有する程度に架橋を不十分のままにするのである。
【００４７】
さらに、第２の工程で酸溶液に浸漬するだけではなく、加えて150℃以上220℃以下の加熱処理を行なった場合には、残留シラノール基の脱水重合反応をより効率的に促進することができ、耐クラック性，信頼性により優れたシロキサンポリマ被膜を得ることができ、このシロキサンポリマ被膜からなるポリマ光導波路は耐クラック性，信頼性に優れたものとなる。
【００４８】
次に、このようなシロキサンポリマを用いた場合の本発明のポリマ光導波路フィルムの作製方法を説明する。まず、ガラス基板やシリコン基板等の基板上に、酸やアルカリで容易に溶解するＡｌやＣｕ等の剥離層を形成する。この剥離層は、この基板上にポリマ光導波路６を形成した後に、酸やアルカリによってこの剥離層を溶解させて、ポリマ光導波路６を基板から剥離させるものであり、ポリマ光導波路６にダメージを与えないエッチャントによって溶解できるものであればよい。
【００４９】
次に、この剥離層の表面に酸化物，窒化物または酸窒化物から成る保護層１を形成する。保護層１の形成方法としては、スパッタリング法，レーザアブレーション法または電子ビーム蒸着法を用いるとよい。これらの方法によれば、ポリマにダメージを与えない程度の低温で耐水パッシベーション性に優れる保護層を形成することができ、また、成膜プロセス条件によって膜応力や膜の機械特性をある程度調整することができるので、この保護層を形成したポリマ光導波路は耐クラック性・耐湿性信頼性に優れたものとなる。
【００５０】
次に、本発明で用いるシロキサンポリマ被膜形成用塗液組成物を基板の上に形成した保護層１の表面上に塗布した後、加熱処理を行なってシロキサンポリマ被膜から成る下部クラッド層２を形成する。次に、コア部３となるコア層を積層形成する。コア層としては、本発明で用いるシロキサンポリマ被膜形成用塗液組成物に金属アルコキシド、例えばテトラｎブトキシチタンを適量混合した溶液を、下部クラッド層２の上に塗布した後、加熱処理を行なって得られる、金属を含有したシロキサンポリマ被膜を用いればよい。これによれば、シロキサンポリマ中の金属含有量の制御によってクラッド部（下部クラッド層２，上部クラッド層４）とコア部３との間で所望の屈折率差を有する光導波路を容易に作製することができる。
【００５１】
本発明で用いるシロキサンポリマ被膜形成用塗液組成物に混合する金属アルコキシドの量としては、所望の屈折率となるような混合量を予め実験等により把握しておき、製作すべき光導波路の屈折率構造に応じて所望の屈折率となるように混合量を決定すればよい。例えば、テトラｎブトキシチタンを本発明で用いるシロキサンポリマ被膜形成用塗液組成物に混合して用いる場合には、シロキサンポリマ固形分に対するテトラｎブトキシチタンの質量比を0.065〜0.65の範囲にとれば屈折率が0.2％〜２％程度増加するので、コア部３とクラッド部（下部クラッド層２，上部クラッド層４）との屈折率差が0.2％〜２％であるポリマ光導波路６を作製するのに使用できる。
【００５２】
次に、フォトリソグラフィやＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）等の周知の薄膜微細加工技術を用いて、コア層に対して加工を施し所定の形状でコア部３を形成する。その後、下部クラッド層２の形成と同様にして上部クラッド層４をコア部３が形成された表面上に被覆形成する。
【００５３】
コア部３の高さ・幅・屈折率や、下部クラッド層２および上部クラッド層４の厚さ・屈折率は、所望の光導波路特性が得られるように周知の光導波路理論やシミュレーションや実験等から決定すればよい。
【００５４】
なお、下部クラッド層２および上部クラッド層４に用いるシロキサンポリマにも上記と同様の金属を含有させてもよい。
【００５５】
また、屈折率を制御するには、金属を添加する他に、例えばシロキサンポリマの組成を変化させて屈折率を制御してもよい。
【００５６】
次に、本発明に用いるシロキサンポリマ被膜形成方法の第２の工程で用いる酸溶液の酸としては、塩酸，リン酸，硫酸，トリフルオロ酢酸，硼酸，ｐ−トルエンスルホン酸，酢酸，クエン酸等の有機酸等を用いればよい。また、酸溶液の溶媒としては、水、あるいはアルコール等の前述のシロキサンポリマ被膜形成用塗液組成物に含むことができる有機溶媒を用いればよい。また、酸溶液の濃度としては、処理の効果を実際に確認して適当な条件を決定すればよいが、１％〜30％の範囲のものが適当である。
【００５７】
また、酸溶液に浸漬する時間としては、酸の種類，溶液の濃度，シロキサンポリマ被膜の厚さや溶液の温度，処理の効果等から適当な時間を決定すればよいが、30分〜24時間程度の浸漬時間が適当である。30分よりも短い場合には、十分な効果が得られないことがある。また、24時間以上の浸漬は未実施であるが、24時間までは被膜にクラックやしわが入る等の弊害は確認されていないものの、長時間の処理は生産性を下げることになるので避けるべきであろう。
【００５８】
また、シロキサンポリマを用いて本発明のポリマ光導波路フィルムを製作する場合は、下部クラッド層２，コア部３および上部クラッド層４を形成する都度、前述のシロキサンポリマ被膜形成方法における第２の工程の酸溶液浸漬処理を行なってもよいし、酸溶液浸漬処理を各層の形成毎に行なわずに、上部クラッド層４を形成した後に一度だけ酸溶液浸漬処理を行なってもよい。
【００５９】
そして、シロキサンポリマからなるポリマ光導波路６を作製した後、ポリマ光導波路６の主面つまり上部クラッド層４の上面に酸化物，窒化物または酸窒化物から成る保護層５を形成する。保護層５の形成方法としては、保護層１と同様にスパッタリング法，レーザアブレーション法または電子ビーム蒸着法を用いることによって、シロキサンポリマにダメージを与えない程度の低温で保護層５を形成することができるので好適である。中でも、スパッタリング法によれば、プロセス条件によって保護層５の内部応力や機械特性をある程度調整することができるので好適である。
【００６０】
最後に、ドライエッチングやダイシング等によって所望の形状となるようにポリマ光導波路フィルムを加工する。この際、それぞれのポリマ光導波路フィルムと基板との隙間において剥離層が露出するようにする。その後、剥離層を溶解するエッチャント中に基板を浸漬して剥離層を溶解させて、基板からそれぞれ形付けられたポリマ光導波路フィルムを剥離して、本発明のポリマ光導波路フィルムを得る。
【００６１】
保護層１および保護層５の材料としては、酸化珪素，酸化アルミニウム，酸化チタン，酸化ジルコニウム，酸化クロム，酸化ゲルマニウム等の酸化物や、窒化珪素，窒化アルミニウム，窒化ジルコニウム，窒化クロム，窒化チタン，窒化ゲルマニウム等の窒化物の単体あるいは複合体、または酸窒化珪素，酸窒化チタン，酸窒化ジルコニウム，酸窒化クロム，酸窒化ゲルマニウム等の酸窒化物を用いればよい。これらの材料から成る保護層１および保護層５を形成することにより、保護層１・５形成の際にポリマ表面に保護層１・５の材料が打ち込まれることによるアンカー効果や、ポリマ表面にシラノール基が露出している場合には酸化物，窒化物または酸窒化物から成る保護層と共有結合による強い結合が生成されることによって、良好な密着力が得られる。また、ポリマよりも薄い膜厚で優れた耐水パッシベーション性を得ることができ、ポリマへの水の浸入を効果的に抑制することができ、さらに、ポリマよりも高いヤング率および強度を持つものであるから、ポリマにクラックが生じることを効果的に抑制することができるものとなる。
【００６２】
中でも、酸化珪素をスパッタリングターゲットに用いてスパッタリング法によって保護層１および保護層５を形成する場合には、酸素ガスや窒素ガスを適量導入することによって、水に対してパッシベーション性に優れた保護層１および保護層５を形成することが容易にできるので好適である。さらに、屈折率をシロキサンポリマと同等とすることができてポリマ光導波路６の伝搬光への悪影響を無視することができるものとなるので好適である。
【００６３】
保護層１および保護層５の厚さとしては、ポリマ光導波路６を補強するための十分な機械的強度を確保するために、数100ｎｍから数μｍ程度とすればよい。厚すぎる場合には保護層１および保護層５の内部応力によってポリマ光導波路６にしわやクラックを発生させることになり、薄すぎる場合には、耐湿・耐クラック保護の十分な効果が得られないことになる。
【００６４】
また、ポリマ光導波路６の内部応力とポリマ光導波路６の全厚との積から求まるポリマ光導波路６の全応力と、保護層１・５の内部応力と保護層１・５の全厚との積から求まる保護層１・５の全応力との差から生じる応力が、ポリマ光導波路６あるいは保護層１・５を破壊するようなものとならないようにする必要がある。例えば、シロキサンポリマの弾性率（いわゆるヤング率）は数100ＭＰａから数ＧＰａ程度である。一方、無機系酸化物や無機系窒化物の弾性率は数10ＧＰａから数100ＧＰａ程度であり、シロキサンポリマに比べて２桁程度大きい。従って、無機系酸化物や無機系窒化物で保護層１・５を形成した場合に同じ応力での変位はシロキサンポリマに比べて無視できるほど小さく、機械的な補強材として有効に機能する。
【００６５】
ところで、こうして作製されたシロキサンポリマから成るポリマ光導波路６には、架橋反応の際に収縮を伴い、内部応力として引っ張り応力が残留する。また、光導波路形成後の電気配線形成等の工程における熱処理や溶液浸漬によってシロキサンポリマが膨張したり収縮したりする。また、ダイシング工程においては切断部近傍に水流による負荷がかかる。そのため、そのような種々の負荷によって、シロキサンポリマから成るポリマ光導波路６の角部や端部等の応力集中部を中心にクラックやはがれが生じることがある。
【００６６】
ここで、本発明のポリマ光導波路フィルムによれば、下部クラッド層２の下面および上部クラッド層４の上面に酸化物，窒化物または酸窒化物から成る保護層１・５を形成することにより、保護層１・５の内部応力がポリマ光導波路６の内部応力とは逆方向である場合には、保護層１・５によってポリマ光導波路６の内部応力が緩和されることとなる。また、保護層１・５の破壊強度がポリマ光導波路６を構成する例えばシロキサンポリマの破壊強度よりも強く、また、保護層１・５の弾性率がシロキサンポリマの弾性率よりも大きい場合には、シロキサンポリマから成るポリマ光導波路６が応力によって変形したり破断したりすることが抑制される。これは、有機物のシロキサンポリマに比べて無機物の保護層１・５は応力や熱膨張に対して変位が小さくリジッドであり、シロキサンポリマに対して機械的補強材として良好に機能することによる。
【００６７】
さらに、保護層１・５によって水のシロキサンポリマ等から成るクラッド部（下部クラッド層２，上部クラッド層４）への進入速度が小さくなり、ポリマ光導波路６の耐湿性の向上を得ることができる。
【００６８】
なお、本発明のポリマ光導波路フィルムにおける保護層１・５による耐クラック性，耐湿信頼性の向上の効果は、熱硬化により形成したシロキサンポリマ被膜によるポリマ光導波路６だけではなく、光硬化等の熱硬化以外の方法で形成したシロキサンポリマ被膜によるポリマ光導波路６に対しても効果が得られる。また、酸溶液に浸漬することによって残留したシラノール基の脱水重合反応を促進する第２の工程を省略して形成したシロキサンポリマ被膜から成るポリマ光導波路６に対しても効果が得られる。
【００６９】
また、シロキサンポリマ以外の他のポリマを用いて本発明のポリマ光導波路フィルムを形成する場合にも、上述のシロキサンポリマを用いたポリマ光導波路フィルムの作製方法と同様に、基板上にそれぞれのポリマ材料に適した方法によりポリマ光導波路６を形成した後に、基板から剥離してフィルム化すればよい。これらシロキサンポリマ以外のポリマから成るポリマ光導波路フィルムに対しても、同様に保護層１・５による効果が得られる。
【実施例】
【００７０】
次に、本発明のポリマ光導波路フィルムの具体例を、シロキサンポリマから成るポリマ光導波路フィルムを作製した例について説明する。
【００７１】
アルコキシシランとして、メチルトリメトキシシラン７モル／ジメチルジメトキシシラン３モル／フェニルトリメトキシシラン２モルと、溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテル1.5ｋｇ、触媒として塩酸0.1モル、水33モルを原料として、混合し、加水分解させて、シロキサンポリマを合成した。途中、130℃のオイルバスで加熱し、低沸点物を留出させながら反応させた。得られた溶液に対しプロピレングリコールモノメチルエーテルを用いて、シロキサンポリマ固形分濃度を35質量％に調整したシロキサンポリマ被膜形成用塗液を得た。このシロキサンポリマは質量平均分子量（Ｍｗ）が約55400、分子量分散（Ｍｗ／Ｍｎ）が17.3であった。ここで、分子量測定はゲルパーミエーションにより行ない、ウォーターズ社製Ｍｏｄｅｌ−510を用いた。測定条件としては、カラムとして昭和電工（株）製ＫＦ−804Ｌ・ＫＦ−803・ＫＦ−802の３本直列つなぎ、カラム温度40℃、溶媒としてテトラヒドロフラン、流速0.8ｍｌ／分、また、分子量基準として単分散ポリスチレンを用いた。
【００７２】
一方、表面に厚さ１μｍのＡｌ層をスパッタリング法で形成し、さらにその表面に、石英ターゲットを用いたスパッタリング法によって、アルゴンガス90ｓｃｃｍ，酸素ガス10ｓｃｃｍ，圧力１Ｐａ，ＲＦ出力1.5ｋＷの条件下で保護層を250ｎｍの厚さで形成したシリコン基板を用意した。
【００７３】
次に、この塗液をこのシリコン基板上にスピンコータを用いて塗布し、100℃／30ｍｉｎの加熱処理と、続いて窒素雰囲気中で200℃／４Ｈｒの加熱処理とを行ない、厚さ約12μｍのシロキサンポリマ被膜から成る下部クラッド層を形成した。次に、シロキサンポリマ被膜形成用塗液組成物にシロキサンポリマ固形分に対する質量比として0.16のテトラｎブトキシチタンを混合した溶液を同基板にスピンコータで塗布し、120℃／30ｍｉｎの加熱処理と、続いて窒素雰囲気中で200℃／４Ｈｒの加熱処理とを行ない、厚さ６μｍのシロキサンポリマ被膜から成るコア層を形成した。次に、スパッタリング法によって厚さ0.3μｍのＡｌ膜を形成し、フォトリソグラフィおよびエッチング処理を行なって、コア部の元パターンとなる幅約６μｍのストライプ状のＡｌパターンを形成した。次に、このＡｌパターンをマスクとしてコア層に対してＣＦ４ガスによるＲＩＥ加工を施し、断面形状が約６μｍ角のコア部を形成した。次いで、Ａｌパターンをアルカリ水溶液で除去した後、下部クラッド層を形成したのと同じシロキサンポリマ被膜形成用塗液組成物をスピンコータで塗布し、100℃／30ｍｉｎ，の加熱処理と、続いて窒素雰囲気中で200℃／４Ｈｒの加熱処理とを行ない、コア部上方の厚さが10μｍとなるようなシロキサンポリマ被膜から成る上部クラッド層を被覆形成した。
【００７４】
次いで、40℃に加温した3.6質量％の塩酸水溶液中にこのポリマ光導波路を形成した基板を２時間浸漬し、90秒流水で洗浄した後、さらに10質量％のりん酸水溶液中に２時間浸漬した。この後、90秒流水で洗浄して、窒素雰囲気中で200℃／４Ｈｒの加熱処理を行なった。
【００７５】
次に、石英ターゲットを用いたスパッタリング法によって、アルゴンガス90ｓｃｃｍ，酸素ガス10ｓｃｃｍ，圧力１Ｐａ，ＲＦ出力1.5ｋＷの条件下でポリマ光導波路の表面に保護層を250ｎｍの厚さで形成した。
【００７６】
このようにして、クラッド部の屈折率が1.442程度、コア部とクラッド部との屈折率差が約0.5％、コアサイズ約６μｍ角の埋込型ポリマ光導波路を用いたポリマ光導波路フィルムを製作した。そして、ダイシングによって基板を約10ｍｍ×５ｍｍのチップ状に切り分けした後、リン酸／酢酸／硝酸水溶液に浸漬して基板から剥離して、本発明のポリマ光導波路フィルムを得た。
【００７７】
このポリマ光導波路フィルムを用いて、プレッシャークッカーによる110℃／85％ＲＨの放置試験を行なったところ、波長1.3μｍのレーザ光の導波損失が初期値から１ｄＢ増加するまでの時間は45時間であった。これは保護層のない従来のポリマ光導波路フィルムに比べて約10倍の改善となっていた。
【００７８】
また、−45℃〜＋85℃，保持時間30分，500サイクルの温度サイクル試験を行なったところ、クラックの発生等の問題は見られなかった。これは従来のポリマ光導波フィルムが150サイクルでクラックが発生したのに対して、大幅な改善となった。
【００７９】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。例えば、保護層はポリマ光導波路の側面を含む表面全体を被覆するように形成されていてもよい。また、保護層の被覆部分がポリマ光導波路の主面全体ではなく、コア部近傍に限定されていてもよい。また、保護層の厚さが均一でなく、コア部近傍や、応力集中する端部等の大きな効果を得たい部分の保護層を厚くする等の変化を持たせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明のポリマ光導波路フィルムの実施の形態の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１・・・保護層
２・・・下部クラッド層
３・・・コア部
４・・・上部クラッド層
５・・・保護層
６・・・ポリマ光導波路
【図１】
2005156882.tif 000003