(57)【要約】本発明は、有機ポリマー材料を使用する単一モード有機導波管を形成する方法に関する。本方法は、溶存およびガス状酸素の含有率を非常に低い量に減らし、優れた特性と製造可能性とを有する導波管の製造をもたらす。フレアエンドを有するコアによる光の損失を防止する方法もまた提供される。導波管は、順次、液体の感光性バッファーおよびクラッド組成物の層を基材の表面にコーティングし、真空下に脱酸素し、不活性ガス下化学線に全体的に露光して完全硬化より下に組成物を部分的に重合させ、クラッド組成物に感光性コア組成物をコーティングし、真空下に脱酸素し、不活性ガス雰囲気で覆い、コア層の上だが、それと接触させずにフォトマスクを配置し、フォトマスクパターンを通して化学線にコアを像様露光してコア組成物を部分的に重合させ、コアを現像し、コア組成物の画像エリアの一面に感光性オーバークラッド組成物をコーティングし、真空下に脱酸素し、不活性ガス下化学線にオーバークラッド組成物を全体的に露光して、任意のバッファー組成物、アンダークラッド組成物、コア組成物およびクラッド組成物を実質的に完全に硬化させることによって製造される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上にポリマー導波管を製造する方法であって、
ａ）基材を提供する工程と、次に
ｂ）（ｉ）または（ｉｉ）または（ｉｉｉ）、すなわち
（ｉ）基材上へ液体の感光性バッファー組成物の層をコーティングし、次に真空、不活性ガスでのパージング、または真空と不活性ガスでのパージングとの組合せの条件下でバッファー層を脱酸素し、バッファー組成物の実質的に完全な硬化よりも下のレベルに、バッファー組成物を部分的にのみ重合させるのに十分な化学線に、脱酸素されたバッファー組成物を全体的に露光する工程、または、
（ｉｉ）基材上へ液体の感光性アンダークラッド組成物の層をコーティングし、次に真空、不活性ガスでのパージング、または真空と不活性ガスでのパージングとの組合せの条件下でアンダークラッド層を脱酸素し、アンダークラッド組成物の実質的に完全な硬化よりも下のレベルに、アンダークラッド組成物を部分的にのみ重合させるのに十分な化学線に、脱酸素されたアンダークラッド組成物を全体的に露光する工程、または、
（ｉｉｉ）基材上へ液体の感光性バッファー組成物の層をコーティングし、次に真空、不活性ガスでのパージング、または真空と不活性ガスでのパージングとの組合せの条件下でバッファー層を脱酸素し、バッファー組成物の実質的に完全な硬化よりも下のレベルに、バッファー組成物を部分的にのみ重合させるのに十分な化学線に、脱酸素されたバッファー組成物を全体的に露光し、引き続いてバッファー層上へ液体の感光性アンダークラッド組成物の層をコーティングし、次に真空、不活性ガスでのパージング、または真空と不活性ガスでのパージングとの組合せの条件下でアンダークラッド層を脱酸素し、クラッド組成物の実質的に完全な硬化よりも下のレベルに、アンダークラッド組成物を部分的にのみ重合させるのに十分な化学線に、脱酸素されたアンダークラッド組成物を全体的に露光する工程、
を実施する工程と、
ｃ）バッファー層またはクラッド層の表面上へ液体の感光性コア組成物の層をコーティングし、次に真空、不活性ガスでのパージング、または真空と不活性ガスでのパージングとの組合せの条件下でコア層を脱酸素し、次に不活性ガス雰囲気でコア層を覆う工程と、
ｄ）コア層よりも上のレベルで、コア層に実質的に平行に、およびコア層と接触するかまたはコア層と接触しないかのいずれかで、導波管パターンを有するフォトマスクを配置し、次に、コア被覆基材を不活性ガス雰囲気に維持する間、コア組成物の実質的に完全な硬化よりも下のレベルだがコア組成物のゲル化点を超えたレベルに、コア組成物を部分的にのみ重合させるのに十分な化学線に、前記フォトマスクを通して感光性コア組成物を像様露光する工程と、
ｅ）露光されたコア組成物層を現像して、非画像エリアを除去するが画像エリアを除去しない工程と、
ｆ）コア組成物の少なくとも画像エリアの一面に液体の感光性オーバークラッド組成物の層をコーティングし、次に真空、不活性ガスでのパージング、または真空と不活性ガスでのパージングとの組合せの条件下で、オーバークラッド層とすべての下にある層とを脱酸素し、不活性ガス雰囲気下で、存在するならばバッファー組成物層、存在するならばクラッド組成物層、コア組成物層およびオーバークラッド組成物層を実質的に完全に硬化させるのに十分な化学線に、オーバークラッド組成物を全体的に露光する工程と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
工程（ｉ）が実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程（ｉｉ）が実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
工程（ｉｉｉ）が実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
工程（ｉ）がバッファー層の化学線露光に先立ってバッファー層のエッジ部分を除去する工程をさらに含み、工程（ｉｉ）がクラッド層の化学線露光に先立ってアンダークラッド層のエッジ部分を除去する工程をさらに含み、かつ、工程（ｉｉｉ）がバッファー層の化学線露光に先立ってバッファー層のエッジ部分を除去する工程と、アンダークラッド層の化学線露光に先立ってアンダークラッド層のエッジ部分を除去する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
工程（ｃ）が工程（ｄ）に先立ってコア層のエッジ部分を除去する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
工程（ｂ）に先立って基材の表面上へ接着促進タイ組成物層を塗布する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
工程（ｂ）に先立って基材の表面上へ感光性の接着促進タイ組成物層を塗布する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
工程（ｂ）に先立って、基材の表面上へ接着促進タイ組成物層を塗布する工程と、タイ組成物層のエッジ部分を除去する工程と、タイ層の残った部分を部分的に硬化させる工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
工程（ｂ）に先立って、基材の表面上へ光重合性の接着促進タイ組成物層を塗布する工程と、タイ組成物層のエッジ部分を除去する工程と、タイ組成物の実質的に完全な硬化よりも下のレベルだがタイ組成物のゲル化点を超えたレベルに、タイ組成物を部分的にのみ重合させるのに十分な化学線への露光によって、タイ層の残った部分を部分的に硬化させる工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
フォトマスクがコア層の表面に接触することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
フォトマスクがコア層の表面に接触しないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
被覆基材を熱的にアニールする次の工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
実質的に完全に硬化された重合化バッファー組成物の屈折率が、実質的に完全に硬化された重合化コアの屈折率よりも約０．７５％〜約３％小さく、かつ、実質的に完全に硬化された重合化アンダークラッド組成物の屈折率が、実質的に完全に硬化された重合化コアの屈折率よりも約０．３％〜約１．５％小さいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
不活性ガスが窒素を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
化学線が紫外線を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
フォトマスクがコア組成物層の約５μｍ〜約２０μｍ上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
現像工程がフッ素化溶剤で実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
基材の表面が予備洗浄工程にさらされたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
基材の表面が予備洗浄工程にさらされ、次にアクリレート官能基化クロロ−またはアルコキシ−シラン化合物で下塗りされたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
周囲酸素のレベルが約２％以下であるように脱酸素が実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
周囲酸素のレベルが約０．１％以下であるように脱酸素が実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
バッファー組成物およびアンダークラッド組成物が、少なくともゲル化点に組成物を重合させるのに十分な化学線に露光されるが、それよりも上の追加の化学線露光が組成物の屈折率に何の有効な変化ももたらさないであろう量よりも少ない化学線に露光されるように、バッファー組成物およびアンダークラッド組成物を化学線に露光する工程が実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
バッファー組成物が２以上の官能価を有する１種または複数種のフッ素化（メト）アクリレートモノマーを含み、実質的に完全に硬化された重合化バッファー組成物の屈折率が、実質的に完全に硬化された重合化コアの屈折率よりも約０．７５％〜約３％小さいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
アンダークラッド組成物が２以上の官能価を有する１種または複数種のフッ素化（メト）アクリレートモノマーを含み、実質的に完全に硬化された重合化アンダークラッド組成物の屈折率が、実質的に完全に硬化された重合化コアの屈折率よりも約０．３％〜約１．５％小さいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
コア組成物が、２以上の官能価を有する１種または複数種のフッ素化（メト）アクリレートモノマーを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
オーバークラッド組成物が２以上の官能価を有する１種または複数種のフッ素化（メト）アクリレートモノマーを含み、実質的に完全に硬化された重合化アンダークラッド組成物の屈折率が、実質的に完全に硬化された重合化コアの屈折率よりも約０．３％〜約１．５％小さいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
コア組成物の少なくとも画像エリアの一面に液体の感光性オーバークラッド組成物の層をコーティングする工程に先立って、コアに隣接し、コアに沿って、かつ、コアと対称的なエリアからアンダークラッド層またはバッファー層の少なくとも一部を除去する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
基材と、
基材上のポリマーパターン化コアと、
基材とポリマーパターン化コアとの間の、ポリマーバッファー層またはポリマーアンダークラッド層、あるいは順次ポリマーバッファー層およびポリマーアンダークラッド層の両方とを含むポリマー導波管であって、ポリマーバッファー層またはポリマーアンダークラッド層、あるいはポリマーバッファー層およびポリマーアンダークラッド層の両方がコアに沿って、かつ、コアと対称的であるパターンを有することを特徴とする導波管。
【請求項３０】
ポリマーバッファー層またはポリマーアンダークラッド層、あるいはポリマーバッファー層およびポリマーアンダークラッド層の両方が、コアの最低レベルよりも少なくとも約０．５μｍ低い、より低いレベルを有することを特徴とする請求項２９に記載のポリマー導波管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマー光導波路の形成、またはより特に有機ポリマー材料を使用する単一モード有機導波管を形成する方法に関する。本方法は、溶存およびガス状酸素の含有率を非常に低い量に減らし、優れた特性と製造可能性とを有する導波管の製造をもたらす。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムでは、伝言は、レーザーおよび発光ダイオードのようなソースによって発生する光学振動数で搬送波によって伝送される。光通信システムは従来の通信システムよりも幾つかの利点を提供するので、かかるシステムには関心がある。それらは、銅線を用いる電子システムよりもはるかに高いスピードで伝言を伝送する能力だけでなく、大きく増加した数の通信チャネルを有する。本発明は、光伝送光導波路デバイスの形成に関係する。光導波路の働きは、光透過性である媒体がより低い屈折率を有する別の媒体によって取り囲まれているまたは別のやり方で巻かれている場合、内部媒体の軸に沿って導入された光が取り囲む媒体との境界で高度に反射され、こうして導波効果を生み出す、という事実に基づいている。
【０００３】
光回路部品または光ファイバーネットワークで光信号を送るポリマー光導波路および他の光インターコネクトデバイスを製造することは可能である。光デバイスを形成するのに用いられる一方法は、標準フォトリソグラフィック方法の適用を伴う。感光性ポリマーは、当該技術で周知であるフォトリソグラフィック技法によってパターン化することができるので、光インターコネクト用途向けに特に興味がある。リソグラフィック方法は、基材上に溶着された光に敏感な感光性ポリマー含有層中にパターンを画定するのに使用される。
【０００４】
平面のポリマー導波管は、典型的には、厳密な屈折率の低損失光学材料の層を含む。段階屈折率およびグラディエント屈折率導波管構造物の両方が当該技術で公知である。平面のポリマーおよびガラス導波管については、特に、段階屈折率構造物が、異なる屈折率の材料の引き続くコーティングによって最も容易に実現される。典型的には、導波管コアは。クラッドよりも０．３％〜２％高い屈折率を有する。この屈折率差（Δｎ）の大きさは、平面デバイスから光ファイバーへ遷移が行われる時に、平面導波管の性能を最適化するべく、または光モードをマッチさせるべく設定される。
【０００５】
導波管は、基材上にコーティングして硬化させることができる光重合性の光学材料を使用して製造することができる。典型的には、該材料には、適切な屈折率を与えるためにブレンドされるモノマーおよびオリゴマー構成成分の混合物が含まれる。多数の公知の感光性ポリマーの中で、アクリレート材料が、それらの光学的透明さ、低い複屈折および広範囲のモノマーの容易な入手可能性のために、広く使用されてきた。これらの光重合性材料、特にアクリレート型材料は、それらの処理を非常に困難にする特性を有する。特に、光重合性材料内またはその近くに存在する溶存およびガス状酸素は重合を抑え、それゆえ、その存在量は、材料の内部および直接表面の両方で注意深く調節されなければならない。酸素の存在は、硬化のスピード、硬化の程度、解像度の程度、およびリソグラフィックパターン化方法によって生み出すことができる最小形体サイズに影響を及ぼす。また、これらの光重合性材料の幾らかは、室温で低粘度液体のままであるので、リソグラフィーにより画像形成されることになる薄膜を乱さないやり方で取り扱うことを必要とする。この理由のために、直接接触ＵＶ−透過カバーの使用のような、酸素を排除する幾つかの従来法は容易には使用することができない。
【０００６】
典型的なアクリレート硬化方法は、有効酸素の量を減らすこと、または高いＵＶパワー束の使用によってその存在を克服することのいずれかによって、酸素の影響を減らすまたは排除することができる。典型的な一方法は、フィルムに接触した固体バリヤーを導入することである。このバリヤーは、重合過程を妨害する残留酸素なしに、強力なＵＶ光源に液体システムを重合させるのに十分である。これは、組成物中の酸素の量を減らす目的のために、フィルム組成物に低い酸素透過性のシートを押しつけることによって行われてもよい。別の方法では、ＰＥＴフィルムが液体モノマーフィルムに付着される。しかしながら、光重合性材料内の残留酸素は、細かいリソグラフィック構造物、例えば単一モード導波管の形成に必要とされる細かいリソグラフィーを驚くほど劣化させ得る。さらに、液体の光重合性材料の上に固体表面材を配置することは、下および上の固体基材と相互作用する液体フィルムの表面張力のために、フィルム不均一性をもたらす。これらのフィルム不均一性は、必要とされるリソグラフィック構造物、例えば単一モード導波管を劣化させる。流れと広範囲のフィルム不均一性の発生とを妨げる非常に高い粘度の液体光重合性材料でさえも、酸素バリヤー基材のこの表面に向けた配置は、微粒子汚染を導入することができ、フィルムに粘着することができ、バリヤー板のフィルムへの接着による欠陥を生み出すことができ、このより乾燥したフィルムに完全には合わず、こうして重合過程の間ずっと酸素の侵入を許すであろう。
【０００７】
別の典型的な方法は、材料およびその環境中の酸素濃度を約２％に減らすことである。酸素濃度のこの減少は、残留酸素が重合を妨害することなく、強力なＵＶ光源が液体システムを重合させるのを許すのに十分である。しかしながら再び、パージ周囲中に残された残留酸素からの酸素補給に加えて、光重合性材料内の残留酸素は、材料の硬化の再現性を著しく悪化させ得るし、細かいリソグラフィック構造物、例えば単一モード導波管の形成に必要とされる細かいリソグラフィーを驚くほど劣化させ得る。また、異なる材料は、残留酸素に対して異なる感受性を有するであろうし、硬化を妨げ得る。より典型的でない方法には、非重合性の不活性な液体バリヤー層の塗布が含まれる。水、グリセリン、またはエチレングリコールのような層は、適度のバリヤー層として働くであろうが、この方法は幾つかの欠陥を有する。層は、より低い層と混合することなく、またはそれからディウェッティングすることなく塗布されなければならず、それは、光重合性のより低い層を汚染することなく除去されなければならず、最後にそれは、感光性組成物を像様露光するのに使用されるフォトマークが光重合性層からさらに除去されることを必要とし、こうしてリソグラフィック解像度を低下させる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、基材上にポリマー導波管を製造する方法を提供する。次の工程、すなわち、
基材上へ液体の感光性バッファー組成物の層をコーティングし、次に真空、不活性ガスでのパージング、または真空と不活性ガスでのパージングとの組合せの条件下でバッファー層を脱酸素し、バッファー組成物の実質的に完全な硬化よりも下のレベルに、バッファー組成物を部分的にのみ重合させるのに十分な化学線に、脱酸素されたバッファー組成物を全体的に露光する工程、または、
基材上へ液体の感光性アンダークラッド組成物の層をコーティングし、次に真空、不活性ガスでのパージング、または真空と不活性ガスでのパージングとの組合せの条件下でアンダークラッド層を脱酸素し、アンダークラッド組成物の実質的に完全な硬化よりも下のレベルに、アンダークラッド組成物を部分的にのみ重合させるのに十分な化学線に、脱酸素されたアンダークラッド組成物を全体的に露光する工程、または、
基材上へ液体の感光性バッファー組成物の層をコーティングし、次に真空、不活性ガスでのパージング、または真空と不活性ガスでのパージングとの組合せの条件下でバッファー層を脱酸素し、バッファー組成物の実質的に完全な硬化よりも下のレベルに、バッファー組成物を部分的にのみ重合させるのに十分な化学線に、脱酸素されたバッファー組成物を全体的に露光し、引き続いてバッファー層上へ液体の感光性アンダークラッド組成物の層をコーティングし、次に真空、不活性ガスでのパージング、または真空と不活性ガスでのパージングとの組合せの条件下でアンダークラッド層を脱酸素し、クラッド組成物の実質的に完全な硬化よりも下のレベルに、アンダークラッド組成物を部分的にのみ重合させるのに十分な化学線に、脱酸素されたアンダークラッド組成物を全体的に露光する工程、
の一つが次に実施される。
【０００９】
その後、バッファー層またはクラッド層の表面上へ液体の感光性コア組成物をコーティングし、引き続き真空、不活性ガスでのパージング、または真空と不活性ガスでのパージングとの組合せの条件下でコア層を脱酸素し、次に不活性ガス雰囲気でコア層を覆う。次に、導波管パターンを有するフォトマスクが、コア層よりも上のレベルで、コア層に実質的に平行に、およびコア層と接触するかまたはコア層と接触しないかのいずれかで配置され、コア被覆基材を不活性ガス雰囲気に維持する間、コア組成物の実質的に完全な硬化よりも下のレベルだがコア組成物のゲル化点を超えたレベルに、コア組成物を部分的にのみ重合させるのに十分な化学線に、前記フォトマスクを通して感光性コア組成物を像様露光する。次に露光されたコア組成物層を現像して、非画像エリアを除去するが、画像エリアを除去しない。次にコア組成物の少なくとも画像エリアの一面に液体の感光性オーバークラッド組成物の層をコーティングする。これに引き続いて、真空、不活性ガスでのパージング、または真空と不活性ガスでのパージングとの組合せの条件下で、オーバークラッド層およびすべての下にある層を脱酸素する。次に不活性ガス雰囲気下で、存在するならばバッファー組成物層、存在するならばクラッド組成物層、コア組成物層およびオーバークラッド組成物層を実質的に完全に硬化させるのに十分な化学線に、オーバークラッド組成物を全体的に露光する。
【００１０】
本発明はまた、基材と基材上のポリマーパターン化コアとを含むポリマー導波管も提供する。ポリマーバッファー層またはポリマーアンダークラッド層、あるいは順次ポリマーバッファー層およびポリマーアンダークラッド層の両方のいずれかが、基材とポリマーパターン化コアとの間に配置される。ポリマーバッファー層またはポリマーアンダークラッド層、あるいはポリマーバッファー層およびポリマーアンダークラッド層の両方は、コアに沿って、かつ、コアと対称であるパターンを有する。
【００１１】
本発明は、光重合性材料からポリマー導波管を形成するための改善された方法を提供する。最初に、基材の厳密な化学的洗浄の後に、基材は、アクリレート官能基化クロロ−またはアルコキシ−型シラン化合物で下塗りされてもよい。これに、高度に架橋性アクリレートモノマー混合物のタイ層の任意の塗布が続き、真空下、窒素ガスでのパージング下、または真空とパージングとの組合せ下での脱酸素が続く。脱酸素に、その完全硬化よりも下のレベルへのフィルムの一面ＵＶ硬化が続く。真空またはパージガスまたはこれら２つの組合せのいずれかである脱酸素条件の選択は、材料および方法の考察によって行われる。脱ガスするためのプロセス時間が最小限に保たれなければならない場合には、真空脱ガスが望ましい。低い周囲圧は、溶存ガスの放出を速めるための物理的力として働く。しかしながら、光重合性材料中の構成成分が容易に蒸発するなら、徹底的な真空脱ガスは、これらの構成成分の過大な蒸発および除去を引き起こすことができ、それは典型的には望ましくない。この場合には、窒素ガスでのパージングが行われるであろう。次に、コアの屈折率よりも約１％〜約３％小さい屈折率を有するバッファー材料の層の塗布が続き、また、真空下、窒素ガスでのパージング下、または真空とパージングとの組合せ下の脱酸素が続く。脱酸素に、その完全硬化よりも下のレベルへのフィルムの一面ＵＶ硬化が続く。その後、コアの屈折率よりも約０．３％〜約１．５％小さい屈折率を有するクラッド材料の層が任意に塗布され、これに、真空下、窒素ガスでのパージング下、または真空とパージングとの組合せ下の脱酸素が続く。再び脱酸素に、その完全硬化よりも下のレベルへのフィルムの一面ＵＶ硬化が続く。次にコア材料の層が塗布される。コア材料が塗布された後、フォトマスクが、コア層上方のあらかじめ決められたレベルに下げられる。通常マスクは、脱酸素段階の間ずっと５００μｍ以上離れており、典型的には、コア層の上方約０μｍ〜約２０μｍ、より普通はコア層の上方約５μｍ〜約２０μｍに下げられる。コア層材料とマスクとが決まった所になった後、真空下、窒素ガスでのパージング下、または真空とパージングとの組合せ下の脱酸素に、導波管コアの完全硬化よりも下のレベルへの導波管パターンのＵＶ硬化が続く。次に非露光コア材料がフッ素化溶剤で現像されてもよく、これに、クラッド材料のオーバークラッド層の塗布が続き、次に真空下、窒素ガスでのパージング下、または真空とパージングとの組合せ下の脱酸素が続く。脱酸素に、完全に硬化したレベルへのフィルムの一面ＵＶ硬化が続く。最後に、バッファー組成物、クラッド組成物およびコア組成物を完全に硬化させ、いかなる残留揮発性物質も除去するために、全体組成物は熱的にアニールされてもよい。真空と窒素ガスでのパージングとによる徹底的な管理された脱酸素を有するこの方法は、非常に低い量の溶存およびガス状酸素を有する光重合性材料の中間段階層を生み出し、優れた特性と製造可能性とを有する導波管の製造をもたらす。
【００１２】
本発明のさらなる拡張は、低粘度の光重合性材料の使用のための改善された方法を含む。５０〜１０００センチポイズの範囲の粘度を持った材料は完全に流動性である。これらの化合物の多くは、被覆層のエッジから始まって、表面からデウェットしてエッジビーズとして知られる材料の隆起ビーズを形成する。これらの層の成功裡のリソグラフィック露光はコア層の上方約５μｍ〜約２０μｍにマスクを配置することを伴うので、ほぼこのサイズのまたはより大きいエッジビーズは製造方法にとって非常に有害である。それゆえ、本発明はまた、基材のコーティングと次に続く層の露光との間の時間を管理することを必要とする。典型的なスピンコーティング工程の間に形成された自然のエッジビーズは、エッジから遠く離れたポイントで層の厚さの２倍におおよそ等しいであろう。これらのメニスカスはまた、浸漬被覆、スロットコーティング、ローラーコーティング、ドクターブレーディング、液体キャスティングなどのような、当該技術で公知の他のコーティング方法においても見出される。これらのエッジビーズは、フォトマスクと接触するおよびそれを汚染することなく、フォトマスクを液体層の近くに配置することを許すために、最初に除去されなければならない。このエッジビーズを先ず除去した後、脱酸素および露光は、ディウェッティングによるエッジビーズの自然発生的な再形成を防ぐために使用されている材料の正確な性質によって定められる時間内に行われなければならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、単一モードポリマー光導波路を形成する方法を提供する。図１を参照するに、本発明の方法によって形成される導波管の略図が示されている。本方法には、先ず基材２の表面上へ液体の感光性バッファー組成物４の層をコーティングする工程が含まれる。基材２は、シリコン、酸化ケイ素、ヒ化ガリウム、窒化ケイ素のような半導体、ガラス、石英、プラスチック、セラミックス、結晶質などをはじめとする、その上に導波管を固定することが望まれる、いかなる材料であってもよい。基材２は、他のデバイス、例えば、グルーブまたは電気回路またはレーザーダイオードもしくはピン検出器などの電気光学素子のようなトポグラフィカル部品を含んでもよいし、または含まなくてもよい。基材２は普通はバッファー層でコーティングされるに先立って洗浄される。より普通は、基材２は洗浄され、次にアクリレート官能基化クロロ−またはアルコキシ−シラン化合物で下塗りされる。基材２が洗浄され、アクリレート官能基化クロロ−またはアルコキシ−シラン化合物で下塗りされた後、基材２は、好適な接着促進タイ層でコーティングされてもよい。かかるタイ層は、感光性の架橋性アクリレートモノマー含有組成物を含んでもよい。架橋性アクリレートモノマー混合物は当該技術では周知である。次にこの架橋性アクリレートモノマー層は、周囲酸素のレベルを約２％以下、より多くの場合約０．３％以下、普通は約０．１％以下に十分に低下させるために、チャンバ中で真空、不活性ガスでのパージング、または真空とパージングとの組合せの条件下で脱酸素されてもよい。本明細書に記載されるような導波管の各層の脱酸素によって、これらのレベルの周囲酸素含有率が得られることは普通である。その後、アクリレート組成物は、不活性ガス雰囲気下で、少なくともそのゲル化点よりも上のレベルにアクリレート組成物を硬化させるのに十分な化学線に全体的に露光される。あるいはまた、好適なタイ層は、エポキシド、またはビニルエーテルなどのような他のポリマーを含んでもよい。
【００１４】
本発明の基材２は多くの場合電気通信に重要な光学波長で吸収するので、基材に達する伝搬光の任意の部分が吸収を受ける。基材による光の吸収は、伝搬信号からの光パワーの望ましくない分極依存損失をもたらす。中間バッファー層４の目的は、基材２中への光の透過を制限すること、および任意の有意量の光が基材２に達するのを防ぐことにある。単一モード導波管については、伝搬光のあるかなりの部分がコア領域８から透過する。この光の強度は、コア方向に垂直の任意の方向に沿って指数的に減衰する。さらに、導波管の上方表面上に配置された、ヒーターを有する、任意の活性な熱光学デバイスは、基材向けの方向にコアの真下へより大きい部分の光を押しやる働きをする屈折率グラディエントを生み出す。本発明の基材は電気通信に重要な光学波長で吸収性であるので、基材に達する伝搬光の任意の部分が吸収を受ける。基材による光の吸収は、伝搬信号からの光パワーの望ましくない分極依存損失をもたらす。重要なことには、基材からコアを隔離するために厚いアンダークラッディング層を使用すると、この望ましくない結果を防ぐことができる。しかしながら、問題を所望の程度に排除することは、実用的ではないほど厚いアンダークラッディングの使用を必要とする。本発明のバッファー４の目的は、光の透過を制限すること、および任意の有意量の光が基材２に達するのを防ぐことにある。バッファー４が望まれるように機能するためには、その屈折率が、コア８およびクラッディングのそれよりも著しく下であることが必要である。我々は、量Δｎがコアとクラッディングとの間の屈折率の差であると定義することができる。与えられたコア横断面サイズについて、この量は、導波管が単一モードであるためのある指定限度よりも下でなければならず、典型的には、ベンドの低損失、通常ファイバーへの良好な結合、およびコア内への光の比較的高い閉込めを確実にするために、この要求される限度のちょうど下のポイントに固定される。コア８およびバッファー４の屈折率の間の差は、Δｎの約１．５倍よりも大きいことが望ましく、より望ましくはΔｎの約２倍よりも大きく、最も望ましくはΔｎの約３よりも大きい。バッファーが望まれるように機能するためには、その屈折率が、コア層およびクラッディング層のそれよりも著しく下であることが必要である。ポリマーバッファー層４は、スピンコーティング、浸漬被覆、スロットコーティング、ローラーコーティング、ドクターブレーディング、液体キャスティングなどのような、当該技術で公知の多数の異なる方法で塗布されてもよい。バッファー層４は、アクリレート化合物のような光重合性化合物を含んでもよい。有用なアクリレート化合物は下に記載される。バッファー層は、約３ミクロン〜約５００ミクロン、より普通は約５ミクロン〜約５０ミクロンの厚さを有する。最も望ましくはバッファー層は約７ミクロン〜約３０ミクロンの厚さを有する。
【００１５】
このバッファー層４が基材２上へコーティングされた後、被覆基材２は次に、密閉チャンバ内で真空、不活性ガスでのパージング、または真空とパージングとの組合せの条件下で脱酸素される。バッファー組成物が脱酸素された後、それは、パージチャンバ中で不活性ガス雰囲気下で、バッファー組成物の実質的に完全な硬化よりも下のレベルに、バッファー組成物を部分的にのみ重合させるのに十分な化学線に全体的に露光される。バッファー層４は、少なくともゲル化点に組成物を重合させるのに十分な化学線に露光されてもよいが、その量より上では追加の化学線露光が組成物の屈折率の何の有効な変化ももたらさない量よりも少ない化学線に露光されてもよい。バッファー組成物、ならびに続いてクラッド６およびコア８組成物が部分的にのみ重合されることが本発明の重要な特徴である。この部分重合は、層間の優れた接着をもたらす次の層への反応に利用可能なポリマーの化学的末端基を各層中に残すので、感光性ポリマーの多層を有する導波管で特に望ましい。また、導波管の層のそれぞれに使用するために選択される材料は、優れたグラディエント屈折率分布を生み出すべく別個モノマーの異なる層内および層間拡散を確実にするように選ばれる。
【００１６】
次に、液体の感光性クラッド組成物６が、部分的に硬化されたバッファー組成物４の表面上へコーティングされる。クラッド層６はまた、上述の技法によって塗布されてもよい。クラッド層６はまた、下に記載される光重合性アクリレート化合物を含んでもよい。クラッド層６は約０μｍ〜約５００μｍの厚さを有することが望まれる。より普通はクラッド層６は約１μｍ〜約１０μｍ、最も望ましくは約１μｍ〜約３μｍの厚さを有する。下にあるバッファー層４が部分的にのみ重合されている結果として、層間界面で未反応ポリマー末端基が互いに反応することができ、層間の優れた接着をもたらす。
【００１７】
クラッド層６がバッファー層上へ付着された後、クラッド被覆基材は次に密閉チャンバ内で真空、不活性ガスでのパージング、または真空とパージングとの組合せの条件下で脱酸素される。クラッド組成物が脱酸素された後、それは、パージチャンバ中で不活性ガス雰囲気下で、クラッド組成物の実質的に完全な硬化よりも下のレベルに、クラッド組成物を部分的にのみ重合させるのに十分な化学線に全体的に露光される。クラッド層６は、少なくともゲル化点に組成物を重合させるのに十分な化学線に露光されてもよいが、その量よりも上では追加の化学線露光が組成物の屈折率の何の有効な変化ももたらさない量よりも少ない化学線に露光されてもよい。
【００１８】
クラッド層６が部分的に硬化された後、液体の感光性コア組成物８がクラッド組成物６の表面上へコーティングされる。コア層８はまた、上述の技法によって塗布されてもよい。コアが部分的にのみ重合されている結果として、層間界面で未反応ポリマー末端基が互いに反応することができ、層間の優れた接着をもたらす。コア層８は、下に記載される光伝送性の光重合性アクリレート化合物を含んでもよい。普通はコア層８は約２μｍ〜約１０μｍの厚さを有する。より普通はコア層は約５．５μｍ〜約８μｍの厚さを有する。次にコア被覆基材は、チャンバ中で真空、不活性ガスでのパージング、または真空とパージングとの組合せの条件下で脱酸素される。コア層８が脱酸素された後、それは次にパージチャンバ内で不活性ガス雰囲気で覆われる。
【００１９】
次に、コア層中にコアパターンが形成される。これは、先ず、コア層８よりも上だが、それと接触しないレベルに導波管パターンを有するフォトマスクを配置することによって行われる。フォトマスクは、コア組成物層８の上約３μｍ〜約３０μｍ、より普通は約５μｍ〜約２０μｍに配置される。次に感光性コア組成物は、コア被覆基材を不活性ガス雰囲気に維持する間、コア組成物の実質的に完全な硬化よりも下のレベルに、コア組成物を部分的にのみ重合させるのに十分な化学線に、フォトマスクを通して像様露光される。続いて、露光されたコア組成物は現像されて、非画像エリアを除去するが、画像エリアを除去せず、それによってクラッド層６の上に光伝送性単一モードコア８を形成し、クラッド層６の一部を現出させる。任意の通常の現像方法、例えば、非照射組成物用の溶剤でフラッシュする方法を用いることができる。かかる溶剤には、アルコールおよびケトンのような極性溶剤が含まれる。有用な溶剤には、アセトン、メタノール、プロパノール、テトラヒドロフラン、酢酸エチルおよびフッ素化溶剤が含まれる。これらのうちで、フッ素化溶剤が望ましい。
【００２０】
コアは、その横断面高さにほぼ等しい横断面幅を有してもよく、横断面幅および高さはそれぞれ、約２μｍ、約４μｍ、約５μｍ、約６μｍ、約７μｍ、約８μｍ、および約１０μｍからなる群から選択される。コア層は、それぞれ約２μｍ〜約１０μｍの範囲にある横断面幅および高さを有し、より多くの場合コアは、それぞれ約６μｍ〜約８μｍの範囲にある横断面幅および高さを有する。コアの幅がコアの高さの約２倍以下であり、かつ、高さが幅の約２倍以下であることもまた望まれる。さらに、本発明の実施形態において、コアは、その幅および高さのそれぞれにおいて単一モードである。単一モ−ド光導波路において、コアは横断面幅と横断面高さとを有し、ここで、Δｎの値と一緒にコア横断面幅と横断面高さとは、導波管が約１３００ｎｍよりも大きいすべての光通信波長について単一モードであるように選択される。標準単一モードガラスファイバー、例えば、コーニング・インコーポレイティッド（Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）によって販売されているＳＭＦ−２８への結合損失を最小限にするために、６×６ミクロンと８×８ミクロンとの間のコア横断面寸法が望まれる。
【００２１】
提示されたリソグラフィック方法を用いて平面の導波管を製造することに加えて、反応性イオンエッチング、マイクロ複製、直接レーザー書き込み、レーザー切除によって、またはプラズマエッチングによってコアパターンを形成することもまた可能である。
【００２２】
コア層の非露光エリアのエッチングまたは現像がコア層の底面でフレアエンド（ｆｌａｒｅｄ  ｅｎｄ）を形成することは珍しいことではない。これらのフレアエンドを有するコアが、導波管の動作中に光の望ましくない漏洩を引き起こすことが分かった。本発明は、この問題に対する解決策を提供し、この解決策では、コア層のエッチングまたは現像は、コア層８とクラッド層６との界面の真下のエリア１１で、部分的に硬化されたクラッド層６の一部を通って下方へ部分的にエッチするまたは部分的に現像することを許される。図２を参照するに、コアパターンに沿って対称であるオーバーエッチされたアンダークラッド層６を有する導波管構造の略図が示されている。図に見られるように、アンダークラッド層６は、基材の部分を現出させるために途中ずっとすっかり除去されているわけではない。図３を参照するに、アンダークラッド層６が途中ずっとすっかり除去されていて、コアパターンに沿って対称である下にあるバッファー層４の部分を現出させている導波管構造の略図が示されている。アンダークラッド６がバッファー層まで途中ずっとすっかり除去されることは必要ではないが、その場合にはバッファー層４が存在することが望まれる。これらの図に見られるように、コアよりむしろアンダークラッド層６がその時フレアエンドを有する。これは、フレアコアと比較して光の実質的な漏洩をもたらさない。バッファー層４、またはアンダークラッド層またはバッファー層およびアンダークラッド層の両方が、コアの最低レベルよりも少なくとも約０．５μｍ低い、より低いレベルを有してもよい。
【００２３】
コア８が形成された後、液体の感光性オーバークラッド組成物１０がコア組成物の画像エリアの一面におよびアンダークラッド層６の現出された部分の一面にコーティングされる。オーバークラッド層１０はまた上述の技法によって塗布されてもよい。オーバークラッド層１０はまた、下に記載される光重合性アクリレート化合物を含んでもよい。オーバークラッド層１０は、コアの上面から測定された約３μｍ〜約３０μｍの厚さを有することが望まれる。より望ましくはオーバークラッド層は約５μｍ〜約２０μｍ、最も望ましくは約８μｍ〜約１５μｍの厚さを有する。下にあるコアおよび下にあるアンダークラッド層６が部分的にのみ重合されている結果として、層のそれぞれの間の界面で未反応ポリマー末端基が互いに反応することができ、層間の優れた接着をもたらす。
【００２４】
オーバークラッド層１０がコア８上へ付着された後、オーバークラッド１０およびすべての下にある層は次に密閉チャンバ内で真空、不活性ガスでのパージング、または真空とパージングとの組合せの条件下で脱酸素される。オーバークラッド組成物および下にある層が脱酸素された後、それらは、パージチャンバ中で不活性ガス雰囲気下で、オーバークラッド組成物および下にある層を実質的に完全に硬化させるのに十分な化学線に全体的に露光される。
【００２５】
導波管層は、各層用の所望の屈折率を与えるべくブレンドされているモノマーおよびオリゴマー構成成分の混合物を含む光重合性光学材料を使用して形成される。各層用の特定の屈折率は、導波管の性能に対して重大な影響を有する。本発明の実施形態において、コア８、アンダークラッド６およびオーバークラッド１０層のそれぞれに使用されるべき光重合性化合物を選択する場合に、実質的に完全に硬化された重合化バッファー組成物の屈折率は、実質的に完全に硬化された重合化コアの屈折率よりも約０．７５％〜約３％小さく、より普通は実質的に完全に硬化された重合化コアの屈折率よりも約１％〜約３％小さく、ここで、実質的に完全に硬化された重合化クラッド組成物の屈折率は、実質的に完全に硬化された重合化コアの屈折率よりも約０．３％〜約１．５％小さいことが重要である。コアのそれに関してクラッドの屈折率は、コアの横断面の寸法によって決定される。単一モード導波管が望まれるならば、屈折率は、使用される導波管寸法に対する単一モードカットオフ限度よりも下でなければならないが、普通はこの限度値に近いがそれよりも上ではない。
【００２６】
普通コアの屈折率ｎcは約１．３３〜約１．７、またはより望ましくは約１．４〜約１．５５の範囲にある。普通はアンダークラッディングは、約１．３〜約１．６５、またはより望ましくは約１．３５〜約１．５５の範囲の屈折率ｎuを有する。普通はオーバークラッディングは、約１．３〜約１．６５、またはより望ましくは約１．３５〜約１．５５の範囲の屈折率ｎoを有する。コア材料８ならびにクラッディング層６および１０のそれらよりも小さい屈折率ｎbを有するバッファー層４を生み出す化合物を選択することもまた重要である。普通はバッファー層４は、約１．３〜約１．５５、またはより望ましくは約１．３〜約１．４の範囲の屈折率を有する。これらの屈折率は１５５０ｎｍで測定される。
【００２７】
バッファー４、アンダークラッド層６、コア８およびオーバークラッド１０のそれぞれを形成するのに使用される組成物には、光重合性化合物および光開始剤が含まれる。光重合性化合物は、付加重合性で非ガス状（通常の大気圧で約３０℃よりも上の沸騰温度）の、少なくとも１個の末端エチレン系不飽和基を含有するエチレン系不飽和化合物であるモノマー、オリゴマーまたはポリマーであってもよく、フリーラジカル開始の鎖成長付加重合によって高分子量のポリマーを形成することができる。かかる化合物は当該技術では周知である。それらは、形成された重合化要素が上記のような所望の屈折率を有するように選択される。具体的に選択され重合化組成物についての屈折率の測定は、当業者によって容易に実施できる。
【００２８】
多官能性アクリレートモノマーが望まれる。多官能性アクリレートの一般構造は下に与えられる。
【００２９】
【化１】
2004525426.tif 000002
【００３０】
コア用には、ｍは１〜約６の範囲にあってもよく、Ｒ2はＨまたはＣＨ3であり、Ｒ1は、脂肪族、芳香族または脂肪族と芳香族との混合有機分子セグメントの結合である。Ｒ1はアルキレン、アルキレンオキシド、アリーレンオキシド、脂肪族ポリエーテルまたはポリエステル部分であってもよく、Ｒ2は好ましくはＨである。フィルムの耐溶剤性と高コントラストフォトリソグラフィとを確保するために、架橋されたポリマー、それゆえ多官能性アクリレートモノマー（ｍ≧２）が望まれる。柔軟な、低いガラス転移温度（Ｔｇ）のポリマーを使用することによって最終導波デバイスの応力誘起散乱光学損失を減らすこともまた望ましい。架橋されたポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）が架橋密度と架橋点間結合の構造とに依存することは、当該技術では公知である。低い架橋密度および柔軟性結合の両方が低いＴｇを求めることもまた公知である。低い架橋密度を確保するために、１≦ｍ≦３、普通はｍ＝２の、および２個のエチレン系不飽和官能性間に長い結合セグメントを持ったモノマーが望まれる。本発明のためには、長い結合セグメントは、少なくとも約４個以上、望ましくは６個以上の炭素原子の平均分子鎖長を有するものである。好適な柔軟性結合構造には、約３個の炭素元素より大きい鎖長のアルキレン、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（プロピレンオキシド）、エトキシル化ビスフェノールＡ、ポリエーテル、チオエーテル、脂肪族および芳香族の炭化水素、エーテル、エステルならびにポリシロキサンなどが含まれる。これらは、重合性化合物の光重合する能力を損なわない任意のペンダント基で任意に置換されてもよい。好適な置換基には、非排他的に、アルキル、アリール、アルコキシおよびスルホキシド基などが含まれる。熱分解および着色に対する高い抵抗性を確保するために、Ｒ1の熱的に安定な分子構造が望まれる。かかるＲ1セグメントには、芳香族ウレタンおよびアミド基のような熱的に感受性のある部分があるべきではない。低い複屈折を確実にするために、低い応力光学係数および光学分極率のＲ1結合が望まれる。
【００３１】
低分子量モノマーおよびより高分子量のオリゴマーの両方が典型的に各層中に含まれる。コア層８は典型的には最大量のより高い屈折率の低分子量材料を含有する。その液体状態でこの低分子量構成成分は、コア８の露光の前および間に、より低いクラッド中へ拡散される。硬化前のコア８中の低分子量構成成分もまた、オーバークラッドの塗布および硬化工程の前および間に、オーバークラッド層１０中へ拡散することを許される。
【００３２】
クラッディング層６および１０用には、アクリレートはまた上記のようなものであるが、エチレン系不飽和官能性の間の平均分子鎖長は、普通は約６個以上、より普通は８個以上、最も普通は１２個以上の炭素原子である。好適な柔軟性の結合構造物には、６個より大きい炭素原子の鎖長のアルキレン、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（プロピレンオキシド）およびエトキシル化ビスフェノールＡが含まれる。
【００３３】
本発明のある実施形態において、バッファー４、アンダークラッド層６、コア層８およびオーバークラッディング層１０のそれぞれのための材料にはまた、アクリル酸と２〜３０個の炭素原子を含有する芳香族および脂肪族ポリオールとの重合性のエステルおよび部分エステルが含まれる。ポリオキシアルキレングリコールの部分エステルおよびエステルもまた好適である。例は、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、２００〜２０００の範囲の平均分子量を有するポリエチレングリコールジアクリレートおよびポリプロピレングリコールジアクリレート、プロピレングリコールジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、ヘキサンジオールジアクリレートおよびブタンジオールジアクリレートのような（Ｃ2〜Ｃ40）アルカンジオールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、５００〜１５００の範囲の平均分子量を有するエトキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールジアクリレート、ジペンタエリスリトールトリアクリレート、ジペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、トリペンタエリスリトールオクタアクリレート、ソルビトールトリアクリレート、ソルビトールテトラアクリレート、ソルビトールペンタアクリレート、ソルビトールヘキサアクリレート、オリゴエステルアクリレート、グリセロールジ−およびトリアクリレート、１，４−シクロヘキサンジアクリレート、１００〜１５００の平均分子量を有するポリエチレングリコールのビスアクリレート、および上の化合物の混合物である。好適な多官能性アクリレートオリゴマーは、アクリル化エポキシド、アクリル化ポリウレタンおよびアクリル化ポリエステルを含むが、これらに限定されない。好適な光重合性化合物はアリールアクリレートである。かかるアリールアクリレートモノマーを例示するものは、例えば、ベンゼン、ナフタレン、ビスフェノールＡ、ビフェニレン、メタンビフェニレン、トリフルオロメタンビフェニレン、フェノキシフェニレンなどをベースとするジ、トリおよびテトラアクリレートのような、アリールジアクリレート、トリアクリレートおよびテトラアクリレートである。好適なアリールアクリレートモノマーは、多官能性アリールアクリレートであり、所望のアリールアクリレートモノマーは、ビスフェノール−Ａ構造をベースとするジ、トリおよびテトラアクリレートである。アリールアクリレートモノマーは、エトキシル化ビスフェノール−Ａジアクリレート、プロポキシル化ビスフェノールＡジアクリレートおよびエトキシル化ヘキサフルオロビスフェノール−Ａジアクリレートのようなアルコキシル化ビスフェノール−Ａジアクリレートであってもよい。選択のアリールアクリレートモノマーはエトキシル化ビスフェノールＡジアクリレートである。光重合性化合物は、構造（Ｉ）を有するモノマーであってもよい。
【００３４】
【化２】
2004525426.tif 000003
【００３５】
ある実施形態において、コア用には、ｎは約１０以下、普通は約４以下、望ましくは約２以下である。一実施形態において、クラッディング層用には、ｎは約２以上、普通は約４以上、望ましくは約１０以上である。当該技術において周知であるアクリレート含有共重合体もまた有用である。ある実施形態において、各クラッディング層は、上に示されたエトキシル化ビスフェノール−Ａジアクリレート構造（Ｉ）（式中、１≦ｎ≦２０、望ましくは４≦ｎ≦１５、より望ましくは８≦ｎ≦１２）を有する重合性構成成分を含む。
【００３６】
最も望まれる重合性組成物は、多官能性フッ素化（メト）アクリレート、特に、次の構造をベースとするものである。
【００３７】
【化３】
2004525426.tif 000004
【００３８】
これらの材料は、１５５０ナノメートルで０．１９ｄＢ／ｃｍほどの小さい伝搬損失の導波管を生み出した。これらの材料のガラス転移温度（Ｔｇ）は、熱光学デバイスの動作温度よりも下であるように容易に選択することができる。これらの材料の低Ｔｇ版は、回折格子支援測定によって無視できる複屈折を有することが示された。
【００３９】
有用なフッ素化（メト）アクリレートモノマーには、部分的にまたは完全にフッ素化されたアルキルまたはアルコキシ結合に結合している１種または複数種のアクリレート基からなる化合物が含まれる。例えば、テトラアクリレートＦ６０ＴＡは、イタリア国ミラノのオーシモント（Ａｕｓｉｍｏｎｔ）Ｓ．ｐ．Ａから商業的に入手可能である、下に示されるポリオール、フルオロリンク（Ｆｌｕｏｒｏｌｉｎｋ）（登録商標）−Ｔから製造された。
【００４０】
【化４】
2004525426.tif 000005
【００４１】
他の多官能性アクリレートには、オランド国アマースフォート（Ａｍｅｒｓｆｏｏｒｔ）のアクゾ・ケミカルズ（Ａｋｚｏ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）Ｂ．Ｖ．からのＣ６ジアクリル（ＤＩＡＣＲＹＬ）
ＣＨ2＝ＣＨＣＯ2ＣＨ2（ＣＦ2）4ＣＨ2Ｏ2ＣＣＨ＝ＣＨ2
【００４２】
ミネソタ州セントポール（Ｓａｉｎｔ  Ｐａｕｌ）のスリーエム・カンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ）からのＬ−１２０４３
ＣＨ2＝ＣＨＣＯ2ＣＨ2ＣＦ（ＣＦ3）Ｏ（ＣＦ2）4Ｏ［ＣＦ（ＣＦ3）ＣＦ2Ｏ］pＣＦ（ＣＦ3）ＣＨ2Ｏ2ＣＣＨ＝ＣＨ2
【００４３】
スリーエム・カンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ）からのＬ−９３６７
ＣＨ2＝ＣＨＣＯ2ＣＨ2（ＣＦ2ＣＦ2Ｏ）m（ＣＦ2Ｏ）nＣＦ2ＣＨ2Ｏ2ＣＣＨ＝ＣＨ2が含まれる。
【００４４】
バッファー４、アンダークラッド６、オーバークラッド１０およびコア８のそれぞれは構造的に類似の組成物からなってもよいが、バッファー、クラッドおよびオーバークラッディングのそれぞれがコアの屈折率よりも低い屈折率を有するために、それらは、任意の個々の用途向けに異なる化学組成を持たなければならない。例えば、バッファー層４組成物は、クラッディング層のそれぞれと類似のＴｇ特性を有してもよいが、同じ組成である必要はない。光重合性材料および処理条件は、重合化バッファーのＴｇが約６０℃以下、普通は約４０℃以下、望ましくは約２５℃以下の範囲にあるように選択されてもよい。
【００４５】
導波管コアに使用されるべき光重合性化合物は重合後に約８０℃以下、望ましくは約５０℃以下のガラス転移温度を有するコアを生み出すことが本発明の特徴である。導波管クラッディング層に使用されるべき光重合性化合物は重合後に約６０℃以下、普通は約４０℃以下、より望ましくは約２５℃以下のガラス転移温度を有するクラッディング層を生み出すことが本発明の特徴である。特定のＴｇは、熟練者による重合性構成成分の特性決定および選択によって容易に得られるかもしれない。これは、分子量、不飽和の部位の数および重合性構成成分の架橋密度のような要因に依存する。単一の重合化構成成分それ自体が要求されるＴｇを有するかもしれない、または重合性構成成分が重合性モノマー、オリゴマーおよび／または所望のＴｇを有するポリマーの混合物をブレンドすることによって調製されてもよい。Ｔｇはまた、重合が実施される露光時間と温度とを変えることによって調整されてもよい。
【００４６】
光重合性化合物は、十分な化学線への露光によって光重合するのに十分な量で、それぞれの全光重合性組成物中に存在する。組成物中の光重合性化合物の量は広く変動してもよく、光伝送デバイスの光伝送素子としての使用のための感光性ポリマーの調製で使用するための光重合性組成物中に普通に使用される量が使用されてもよい。光重合性化合物は一般に組成物の約３５〜約９９．９重量％の量で使用される。ある実施形態において、光重合性化合物は、全組成物の重量を基準にして約８０重量％〜約９９．５重量％、望ましくは約９５〜約９９．５％の量で全組成物中に存在する。
【００４７】
各感光性組成物は、光分解的にフリーラジカルを発生する少なくとも１種のフリーラジカル発生光開始剤をさらに含む。普通は光開始剤は、化学線によって活性化されるフリーラジカル発生付加重合開始剤であり、室温近く（例えば、約２０℃〜約８０℃）では熱的に不活性である。アクリレートを光重合させることが知られている任意の光開始剤を使用することができる。有用な光開始剤には、非排他的に、キノキサリン化合物、ビシナルポリケタールドニル（ｐｏｌｙｋｅｔａｌｄｏｎｙｌ）化合物、アルファ−カルボニル、アシロインエーテル、トリアリールイミダゾリルダイマー、アルファ−炭化水素置換芳香族アシロイン、多環キノン、およびｓ−トリアジンが含まれる。
【００４８】
好適な光開始剤には、ベンゾフェノン、アクリル化ベンゾフェノン、２−エチルアントラキノン、フェナントラキノン、２−ｔ−ブチルアントラキノン、１，２−ベンゾアントラキノン、２，３−ベンゾアントラキノン、２，３−ジクロロナフトキノン、ベンジルジメチルケタールのような芳香族ケトン、および他の芳香族ケトン、例えばベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインフェニルエーテルのようなベンゾインエーテル、メチルベンゾイン、エチルベンゾインおよび他のベンゾインが含まれる。光開始剤は、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（イルガキュア（Ｉｒｇａｃｕｒｅ）（登録商標）１８４）、ベンゾイン、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾフェノン、ベンゾジメチルケタール（イルガキュア（Ｉｒｇａｃｕｒｅ）（登録商標）６５１）、２，２−ジエチルオキシアセトフェノン、独国、ダルムスタット（Ｄａｒｍｓｔａｄｔ）のイー・メルク（Ｅ．Ｍｅｒｃｋ）から入手可能な２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン（ダロキュア（Ｄａｒｏｃｕｒ）（登録商標）１１７３）、１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン（ダロキュア（Ｄａｒｏｃｕｒ）（登録商標）２９５９）、２−メチル−１−［（４−メチルチオ）フェニル］−２−モルホリノプロパン−１−オン（イルガキュア（Ｉｒｇａｃｕｒｅ）（登録商標）９０７）、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルホリノフェニル）−ブタン−１−オン（イルガキュア（Ｉｒｇａｃｕｒｅ）（登録商標）３６９）、ポリ｛１−［４−（１−メチルビニル）フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチル−プロパン−１−オン｝（エサキュア（Ｅｓａｃｕｒｅ）ＫＩＰ）、英国、ロンドンのグレート・レイク・ファイン・ケミカルズ・リミティッド（Ｇｒｅａｔ  Ｌａｋｅ  Ｆｉｎｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  Ｌｉｍｉｔｅｄ）からの［４−（４−メチルフェニルチオ）フェニル］フェニルメタノン（クァンタキュア（Ｑｕａｎｔａｃｕｒｅ）（登録商標）ＢＭＳ）、およびジ−カンファーキノンである。最も有用な光開始剤は、照射によって黄変しない傾向があるものである。かかる光開始剤には、ベンゾジメチルケタール（イルガキュア（Ｉｒｇａｃｕｒｅ）（登録商標）６５１）、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン（ダロキュア（Ｄａｒｏｃｕｒ）（登録商標）１１７３）、１−ヒドロキシシクロヘキシル−フェニルケトン（イルガキュア（Ｉｒｇａｃｕｒｅ）（登録商標）１８４）、および１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン（ダロキュア（Ｄａｒｏｃｕｒ）（登録商標）２９５９）が含まれる。フルオロリンク（Ｆｌｕｏｒｏｌｉｎｋ）（登録商標）−ＴおよびＣ６ジアクリル（Ｃ６ＤＩＡＣＲＹＬ）は、通常の光開始剤がＵＶ硬化のために使用できるほど十分に混和性である。スリーエム・カンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ）からの材料Ｌ−１２０４３およびＬ−９３６７のような、より高度にフッ素化された多官能性アクリレートの��めには、フッ素化された光開始剤が使用されてもよい。
【００４９】
フリーラジカル発生光開始剤は、十分な化学線への露光によって、光重合性化合物の光重合をもたらすのに十分な量で、各光重合性組成物中に存在する。光開始剤は一般に、全組成物の約０．０１重量％〜約１０重量％、またはより普通は組成物の総量を基準にして約０．１重量％〜約６重量％、望ましくは約０．５重量％から約４重量％の量で存在する。
【００５０】
他の添加物もまた、感光性組成物の目的および最終用途に依存して、感光性組成物に添加されてもよい。これらの例には、溶剤、酸化防止剤、光安定剤、増容剤、例えばシリカ、ガラス球などのような充填材、染料、フリーラジカル捕捉剤、コントラスト増強剤、ニトロンおよびＵＶ吸収剤が含まれる。酸化防止剤には、フェノール類および特に、ニューヨーク州タリータウン（Ｔａｒｒｙｔｏｗｎ）のチバ−ガイギー・コーポレーション（Ｃｉｂａ−Ｇｅｉｇｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）からのイルガノックス（Ｉｒｇａｎｏｘ）（登録商標）１０１０をはじめとするヒンダードフェノール、スルフィド、有機ホウ素化合物、有機リン化合物、商品名イルガノックス（Ｉｒｇａｎｏｘ）（登録商標）１０９８でチバ−ガイギー（Ｃｉｂａ−Ｇｅｉｇｙ）から入手可能なＮ，Ｎ’−ヘキサメチレンビス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシヒドロ桂皮酸アミド）のような化合物が含まれる。光安定剤およびより特にヒンダードアミン光安定剤は、商品名サイアソーブ（Ｃｙａｓｏｒｂ）（登録商標）ＵＶ−３３４６でデラウェア州、ウィルミントン（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ）のサイテック・インダストリーズ（Ｃｙｔｅｃ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）から入手可能なポリ［（６−モルホリノ−ｓ−トリアジン−２，４−ジイル）［（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ］−ヘキサメチレン［（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ］］を含むが、これに限定されない。増容化合物には、ベイレイ（Ｂａｉｌａｙ）のモノマーとして公知のらせん状モノマーのような材料が含まれる。染料の例には、メチレングリーン、メチレンブルーなどが含まれる。好適なフリーラジカル捕捉剤には、酸素、ヒンダードアミン光安定剤、ヒンダードフェノール、２，２，６，６−テトラメチル−１−ピペリジニルオキシフリーラジカル（ＴＥＭＰＯ）などが含まれる。好適なコントラスト増強剤には、ニトロンのような他のフリーラジカル捕捉剤が含まれる。ＵＶ吸収剤には、ベンゾトリアゾール、ヒドロキシベンゾフェノンなどが含まれる。これらの添加物は、組成物の総量を基準にして、約０％〜約６％、望ましくは約０．１％〜約１％の量で含まれてもよい。普通は全組成物のすべての構成成分が互いに混合しており、望ましくは実質的に均一に混合している。
【００５１】
本発明のある実施形態において、不活性ガスは、希ガスおよび窒素からなる群から選択されたガスを含む。これらのうちで、窒素が最も有用なガスである。本発明の感光性ポリマーは、通常、必要とされる波長および強度の化学線に必要とされる継続時間、重合性組成物を露光することによって重合される。本明細書で使用されるように、「化学線」は、電子ビーム、イオンもしくは中性子ビームまたはＸ−線だけでなく、スペクトルの可視、紫外または赤外領域の光と定義される。各層を硬化させるのに使用される化学線は紫外線を含むことが最も普通である。
【００５２】
化学線は、非干渉性の光または干渉性の光、例えば、レーザーまたは水銀−キセノンランプからの光の形態であってもよい。化学線のソース、ならびに露光手順、時間、波長および強度は、重合の所望の程度、感光性ポリマーの屈折率および普通の当業者に公知の他の要因に依存して広範に変わってもよい。かかる通常の光重合方法およびそれらの操作パラメーターは当該技術では周知である。
【００５３】
化学線のソースおよび化学線の波長は広範に変わってもよく、任意の通常の波長およびソースを使用することができる。光化学励起は、処理前に通常遭遇する放射（例えば、室内光）への露光が重合性材料を早まって重合させないように、比較的短い波長（すなわち高エネルギー）放射で実施されることが望ましい。従って、紫外光（３００〜４００ｎｍ波長）への露光が好都合である。また、深紫外光（１９０〜３００ｎｍ波長）による露光も有用である。好都合なソースは、処理にとって望ましい波長を選択するのに適切な光学フィルターを備えた高圧キセノンまたは水銀−キセノンアークランプである。また、短波長の干渉性放射が本発明の実施にとって有用である。３５０ｎｍ近くの幾つかの波長で、ＵＶモードで動作するアルゴンイオンレーザーが望ましい。また、２５７ｎｍ波長近くの出力の周波数２倍化アルゴンイオンレーザーも望ましい。あるいはまた、処理は、レーザーのような化学線の高強度ソースによって開始された多光子過程を利用することができる。電子ビーム硬化の使用によって光開始剤なしで上のフッ素化モノマーを硬化させることもまた可能である。電子ビームまたはイオンビーム励起が利用されてもよい。露光時間は普通２、３秒〜約１分で変わる。温度は通常約１０℃〜約６０℃の範囲であるが、室温がより好都合である。さらに、これらの材料は、過酸化物または他の熱開始剤の使用によって熱的に硬化させることができる。
【００５４】
化学線の空間分布の調節、すなわち、それが光重合性材料の層のどこにふりかかるかは、通常の方法によって達成される。例えば、本発明の方法では、所望のコアパターンを生み出すフォトマスクは化学線のソースと光重合性組成物フィルムとの間に配置される。マスクは、放射をフィルム表面の所望の領域にのみふりかからせる、光を通す領域と光を通さない領域とを有する。薄膜のマスクされた露光は、当該技術では周知であり、フィルム上へコアパターンを印刷するための直接接触、近接および投影技法を含んでもよい。本明細書で使用されるように、フォトマスクは、コア組成物層の上方に近接して配置される。液体フォトレジストの近接印刷は、それぞれ別個状態の前硬化の正確なレベルを制御するため、およびまた最大限のコーティング均一性を達成するための両方で用いられる。液体フィルムとフォトマスクとのいかなる接触も、スピンコーティング方法によって提供されるような、非常に均一であるフィルムを乱す。本明細書で用いられる近接印刷方法は、基材およびマスクを取り囲む、真空および窒素パージチャンバ中で実施される。厚さ均一性または他の特性を乱すことなくフィルムを十分に脱酸素するために、真空または窒素パージが任意の所望の組合せで液体薄膜にかけられる。この脱酸素された環境内で、次に、所望のパターンの紫外線露光をさせるために、フォトマスクをフィルムの近くに持ってくることができるが、フィルムに触れさせない。優れた導波管の均一性および側壁の平滑性は、マスク接触の欠如によって確保される。
【００５５】
露光に先立つアクリレートフィルムの十分な脱酸素は、リソグラフィー方法の感受性およびコントラストを増加させ、輪郭のはっきりしたポリマー構造物を提供する。多重露光をマスク洗浄の必要なしに行うことができるので、高い大量製造可能性もまたこの方法によって与えられる。液体薄膜中の実酸素レベルの測定は、実施するのが困難である。周囲空気環境中の酸素レベルの測定は、酸素センサで実施されてきた。周囲空気中では、酸素の自然濃度は２０％である。光重合用には、酸素含有率は２％よりも下であるかもしれず、より望ましくは酸素レベルは０．５％よりも下であり、最良は０．１％よりも下である。近接印刷方法におけるＵＶ露光のパターン、ＵＶ硬化吸収線量、および酸素レベルはすべて、導波管コアの幅を横切ってグラディエント硬化を生み出すために調節される。現像およびオーバークラッド工程におけるモノマーのさらなる拡散の後、このグラディエント硬化分布は、最適な導波管性能のためのグラディエント屈折率分布へ最終的に変換される。一般則として、それらの界面である一定程度の屈折率グラディエントを有する導波管は、鋭い段階屈折率構造を有する導波管が示すよりも低い程度の散乱による光損失を示す。
【００５６】
空間調節の別の通常方法は、レーザーまたは電子ビームのような有向または集束ビームを含む化学線のソースを使用することである。かかるビームは、光重合性材料フィルム表面の小さなエリアのみを交差する。所望のコア８のパターンは、空間中ビームを走査することにより、または交差点が固定ビームに関して変わるように基材を動かすことよりのいずれかで、フィルム表面上をぐるぐるとこの小さな交差点を移動させることによって達成される。ビーム源を用いるこれらのタイプの露光は、直接書き込み方法として当該技術では公知である。
【００５７】
本明細書で使用されるように、「部分的に重合化」は、幾らかのアクリレート基が重合後に存在する、すなわち、すべてのアクリレートが飽和炭化水素に変換されているわけではないことを意味する。これは、アクリレート基の数の０％よりも多く、普通は約１０％よりも多く、望ましくはアクリレート基の約２５％よりも多くが未反応で残っていることを意味する。未反応基の数の上限は、モノマーのゲル化点に依存し、順にゲル化点は官能価（モノマー当たりのアクリレート基の数）に依存する。官能価が整数ｆに等しいとすれば、未反応基についての通常の上限は、ゲル化を引き起こすのに十分であり、関係式（１−１／ｆ）×１００％によって近似的に与えられる。例示として、テトラアクリレートモノマーについての残存する未反応基の数は７５％未満であり、ジアクリレートモノマーについての残存する未反応基の数は５０％未満である。次の引き続く層の塗布に先立った層の部分重合は、層をそれらの界面で混ぜ合わせる。この混ぜ合わせは、層の接着を改善し、ある場合には、界面での屈折率の階調を調節するのに用いることができる。
【００５８】
各層が塗布され、表面または体積回折格子などで任意にパターン化または印可された後、いかなる残存する未重合化アクリレートも、それらが実質的に完全に重合するように、化学線への一面または全体露光による厳しい硬化を受ける。最終硬化工程のための硬化吸収線量（表面の単位正方形当たりの総放射エネルギー）は、典型的には先行する製造工程の間に各層を部分的に硬化させるために使用された吸収線量の約１０〜約５００倍である。普通は最終硬化吸収線量はこの中間吸収線量の約１００倍である。このように、層は、早期の製造工程の間にそれらの界面で混ざり合い、層および全デバイスの屈折率を細かく調整するために任意の所望の割合で混合することができ、共有結合による層間の良好な接着を保証する。最後に、構造の何のさらなる変化も起こらないように、所望の構造が最終硬化工程で固定される。平面のポリマー光導波路を製造するためには、様々なコアおよびクラッディング層の屈折率を細かく調節することが必要である。これは、所望の屈折率を達成するべく特定のコーティング層に使用されるモノマーの構造を調整することによって達成することができる。実際には、異なる屈折率の幾つかの混和性モノマーを一緒にブレンドして、必要とされる所望の屈折率を得ることがより容易である。強く反射する回折格子が必要とされる場合には、コアには２種以上のモノマーを、クラッディングには任意に使用することもまた好都合である。
【００５９】
この方法は、さらに、任意の機械的スペーサーと液体感光性組成物との何の接触も起こらないように、層のそれぞれの塗布後に基材のエッジ上で十分なエッジビーズ除去が実施されることを見込んでいる。これは、任意のスペ−サーおよびフォトマスクの汚染を防止する。
【００６０】
材料の柔軟性は、所望の機械的強靱さのデバイスの製造を見込んでいる。亀裂は、デバイスが非常に高いまたは非常に低い温度にさらされる場合でさえもまた避けられる。材料の良好な接着は、高温および高湿度のような幾つかの苛酷な環境中でさえも層間剥離のない、強靱なデバイスの様々な基材上での製造を可能にする。デバイス製造技法と半導体産業との融和性は、ハイブリッド光電子回路部品の開発を見込んでいる。
【００６１】
本発明の導波管は、円形の、多角形の、正方形の、長方形の、台形の、および上面と側面とでは放物線またはガウス曲線に従い、それらが基材またはバッファーと接触する底面では平らであるなどの丸形の、のような多数の好都合な横断面形状の任意のものを有してもよい
【００６２】
次の非限定的な実施例は、本発明を例示するのに役立つ。
【実施例】
【００６３】
（実施例１）
本明細書で記載する方法は、シリコンウェーハ上での一連の平面ポリマー導波管の製造に適用された。本方法は、使用の容易さと拡張性（ｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙ）の容易さとにおいて利点を有することが実証された。さらに、本方法は、層厚さおよび導波管ジオメトリのような物理的特徴の高い均一性と、おおよそ１．３μｍおよび１．５５μｍの重要な電気通信導波管で非常に低い光学的挿入損失とを持った組立導波管を製造した。
【００６４】
ウェーハ製造業者から５００ｎｍ厚さの酸化物層付き１００ｍｍ直径の４インチシリコンウェーハをきれいな状態で入手した。シリコン基材を、４Ｍ  ＮａＯＨ溶液中に１時間浸し、引き続き脱イオン水を１５分間流してリンスすることによって処理した。ＮａＯＨ処理は、ＯＨ基での酸化ケイ素表面の完全な官能基化を確保することを意味する。過剰の水を吹き飛ばし、１２０℃ホットプレート上で１０分間焼くことによってシリコンウェーハを乾燥した。ニートの（３−アクリルオキシプロピル）トリクロロシランをモップ上へつけ、次にウェーハの表面上へ一面に完全にコーティングした。モップをかけた後直ちに、エタノールをしみ込ませたクリーンルーム布を表面の一面に穏やかにこすりつけて、トリクロロシラン材料の速い加水分解反応から生じたいかなる大きな粒子も除去した。次にウェーハをエタノールで満たし、１０００ｒｐｍで３０秒間回転させた。もはや粒子が残っていないことを保証するための検査の後、アクリルオキシプロピルトリクロロシランの完全な硬化を確実なものにするために、およびいかなる残存エタノールも除去するためにウェーハを１２０℃で３分間アニールした。３つの異なる光重合性材料組成物を前もって混合し、濾過し、濾過からのバブルを消失させるために一晩静置した。混合物は、それぞれ、１．３３６および１．３２９の屈折率の整合したコアおよびクラッドと、１．３１３の屈折率のバッファー混合物とからなるシステム構成成分を製造するための様々なモノマー配合物からなった。０．１ミクロンよりも上の粒子を除去するためにすべての混合物をあらかじめ濾過した。選択した材料は、１００％固形分であり、それらをシリコンウェーハ上へニートでスピンコーティングさせる１００〜５００ｃｐの粘度を有した。
【００６５】
次にウェーハを、スピンコーティング装置のチャックの中心に置いた。０．７ｍｌの容積のバッファー材料をウェーハ上に分配した。モノマーの液たまりを低い回転スピード、３００ｒｐｍで広げ、次に１８秒間で１３００ｒｐｍに加速して、１０μｍ厚さであると測定された湿潤フィルムを作り出した。スピンサイクルの終わりに、エッジビーズ除去サイクルを実施した。ここで、アセトンを、ウェーハの外側１ｃｍ上へ分配するように、毛細管によって回転しているウェーハのエッジ上に分配した。この領域の材料をこうして除去した。最後に、アセトンでの裏側リンス工程を実施して、ウェーハの裏側からいかなる残留材料も取り除いた。厚さは、非接触の干渉計薄膜測定値を用いてデータ検証した。次にウェーハを真空−パージチャンバに移した。内容積３リットルの漏れのないチャンバを使用した。チャンバは、アルミニウム壁、バイトンＯ−リング、および石英窓から構築され、空気の排気および窒素パージングの両方を見込んでいた。パージングの間すっと窒素の正圧を確立できることを確実にするために、箱蓋上のクランプおよびチェックバルブを使用した。これはまた、パージサイクルの間ずっと何の空気も中に漏れて入り得ないことを確実にした。同様に、チャンバが漏れなしであることを確実にすることによって、真空サイクルで空気を容易に除去することができた。典型的には、チャンバは、標準的な回転手法機械ポンプで０．２トル以下に排気することができた。プロセス精度のために、標準パージサイクルを確立した。５トルのレベルが達成されるまで、３０秒間真空をかけた。これに、１０ｌ／分での１．５分の窒素パージングが続いた。次に試料を平行ＵＶ光源の下で照明した。さらに、一面露光工程については、ＵＶ光源からの偽光反射の画像形成を防ぐために、また光重合性材料内での平行放射の自己集束を防ぐために、５度拡散板を使用した。３１７ｍＪ／ｃｍ2の吸収線量をバッファーに加えた。バッファー厚さは１０μｍと確認された。次に、アンダークラッド層を塗布した。この層を、上のバッファー層について記載したものと類似の方法で、必要とされるより薄いフィルム厚さを与えるように回転工程により高い回転スピードを選んで塗布した。このアンダークラッド層は、湿潤時にほぼ２μｍ厚さと測定された。試料を再び真空−パージチャンバ中に置いた。５トルのレベルに達するまで３０秒間真空をかけた。これに、１０ｌ／分での１．５分の窒素パージングが続いた。５度拡散板を用いて、２８ｍＪ／ｃｍ2の吸収線量をアンダークラッド層に加えた。試料を再びスピンコーターに戻し、コア材料の６μｍ厚さの層を上記の方法によって塗布した。コーティングおよびエッジビーズ除去の後、ウェーハをウェーハ−フォトマスク調心ジグ上に置いた。ジグは集積ウェーハ真空チャックを含有した。ウェーハを平らにかつウェーハ平面に関して特定の方向に保持するように、真空チャックをデザインした。次にスペーサーとして働くためのワイヤをウェーハの上に置いた。バッファー、クラッド、およびコアを含めて１８μｍの総フィルム厚さで、エッジビーズ除去のエリアのシリコンウェーハ上にワイヤを置いた。こうして２５μｍワイヤは、おおよそ７μｍの近接スペースを与え��。あるいはまた、３５μｍワイヤは１７μｍの近接スペースを与えた。次にくさび形スペーサー（１／２インチ高さ）をウェーハの隣に置いた。次に６インチ×６インチフォトマスクを、高解像度クロム画像面を下にしてウェーハの上方に配置し、その位置合せをウェーハ−フォトマスク調整ジグによって確実にした。マスクの一辺をくさび形スペーサーによって保持した。パージサイクルの間ずっと光重合性材料のマスクへの接触が起こる可能性を最小限にするために、マスクをウェーハから離して保持した。コア層をもっと穏やかな真空およびパージサイクルでパージした。真空を１回に１秒間かけ、真空度を３００トルに低下させた。次にチャンバを窒素で大気圧に逆パージした。この真空−パージサイクルを、１回に毎２０秒で、１００秒が経過するまで６回繰り返した。最後に、窒素パージを追加の３２０秒間続けた。より穏やかな真空サイクルは、蒸発するモノマーがフォトマスクを汚染するのを防止する。パージングが完了した後に、真空−シールの線運動フィードスルーを用いてくさびを移動させることによってマスクを低くした。こうしてマスクはワイヤスペ−サー上にあり、ウェーハにも湿った光重合性材料層にも直接接触しなかった。平行ＵＶ光源を用いて、１７ｍＪ／ｃｍ2の吸収線量を加えた。次にウェーハをスピンコーターに戻し、そこで適切な溶剤を用いて、露光されなかった湿潤コア層の領域をスピン−現像した。オーシモント（Ａｕｓｉｍｏｎｔ）により販売されているフッ素化溶剤、ガルデン（Ｇａｌｄｅｎ）（登録商標）ＨＴ−１１０をこの目的のために使用した。現像の後、顕微鏡と高さ形状測定装置（ｈｅｉｇｈｔ  ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ  ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）とを用いてコアリブを分析した。呼び寸法６×６μｍのリブ幅については、高さおよび幅の両方を、ウェーハの端から端まで０．２μｍの最大偏差内に保持した。マスクは液体コア材料と接触しなかったので、コアの厚さ均一性は優れていた。ウェーハチャックおよびマスクは両方とも非常に平らであり、湾曲またはねじれがなかったので、近接露光方法によって達成される幅均一性もまた優れていた。次に、上記の技法を用いてオーバークラッド材料をスピニング加工した。この場合、エッジビーズ除去は任意であった。レジストはスピニング加工の間ずっと乾燥しなかったので、オーバークラッド材料はコアリブの一面に流れ、コアリブ上方の表面を完全にうまく平らにした。オーバークラッドの下方のコアリブの残留バンプは約０．５μｍの高さであった。再び試料を真空−パージチャンバ中に置いた。５トルのレベルに達するまで、真空を３０秒間かけた。この工程に、１０ｌ／分での１．５分の窒素パージングが続いた。５度拡散板を用いて、４４００ｍＪ／ｃｍ2の吸収線量をオーバークラッドおよびその下にある材料層に加えた。次に試料を１００℃のオーブン中に３時間置いて、揮発性の構成成分を追い出した。
【００６６】
次に、標準光ファイバー測定機を用いて試料を測定した。先ず試料を切断して光学端面を調製した。次に単一モードファイバーチップを、上の方法で作り出した平らな導波管構造物へ持ってきて、それと位置合わせした。クリーブバック技法によって、試料は両端面について合計０．３ｄＢの光学的結合損失を有すると測定された。伝搬損失は０．２２ｄＢ／ｃｍであると測定された。試料は＜０．０５ｄＢの非常に低い分極依存損失を示した。このポリマー平面導波管は、２つの理由でユニークであった。第１に、結合損失が低く、正方形横断面の名目上段階屈折率の平面導波管と丸いコーニング（Ｃｏｒｎｉｎｇ）ＳＭＦ−２８ファイバーとの間の良好な光学モードマッチを示唆した。第２に、０．２２ｄＢ／ｃｍの伝搬損失は、シリカガラス材料のそれよりも高いが、ポリマー材料それ自体の理論的吸収損失に非常に近い。低い伝搬損失、低い分極依存損失および低い結合損失の組合せは、良好な材料特性と、本明細書に開示される優れた導波管製造方法との組合せに帰因する。
【００６７】
本発明は、幾らかの実施形態に関して詳細に示し、記載してきたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく様々な変更および修正が行われるかもしれないことは、普通の当業者によって容易に認められるであろう。特許請求の範囲は、開示された実施形態、上に説明したそれらの代案およびそれらに同等のすべてのものを包含すると解釈されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】ポリマー導波管の略図である。
【図２】部分的に除去されたクラッド層を有し、バッファー層を持たない導波管の略図である。
【図３】部分的に除去されたクラッド層と、バッファー層とを有する導波管の略図である。
【図１】
2004525426.tif 000006
【図２】
2004525426.tif 000007
【図３】
2004525426.tif 000008
【国際公開パンフレット】
2004525426.tif 000009
2004525426.tif 000010
2004525426.tif 000011
2004525426.tif 000012
2004525426.tif 000013
2004525426.tif 000014
2004525426.tif 000015
2004525426.tif 000016
2004525426.tif 000017
2004525426.tif 000018
2004525426.tif 000019
2004525426.tif 000020
2004525426.tif 000021
2004525426.tif 000022
2004525426.tif 000023
2004525426.tif 000024
2004525426.tif 000025
2004525426.tif 000026
2004525426.tif 000027
2004525426.tif 000028
2004525426.tif 000029
2004525426.tif 000030
2004525426.tif 000031
2004525426.tif 000032
2004525426.tif 000033
2004525426.tif 000034
2004525426.tif 000035
2004525426.tif 000036
2004525426.tif 000037
2004525426.tif 000038
2004525426.tif 000039
2004525426.tif 000040
2004525426.tif 000041
2004525426.tif 000042
2004525426.tif 000043
2004525426.tif 000044
2004525426.tif 000045
2004525426.tif 000046
2004525426.tif 000047
2004525426.tif 000048
2004525426.tif 000049
2004525426.tif 000050
2004525426.tif 000051
2004525426.tif 000052
2004525426.tif 000053
2004525426.tif 000054
2004525426.tif 000055
【国際調査報告】
2004525426.tif 000056
2004525426.tif 000057