(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の高分子からなるクラッド層と、
第１の高分子の表面に設けられた凹部に形成され、第２の高分子からなるコア部とを少なくとも備えた高分子光導波路の製造方法において、
コア部を形成するための断面凸形状が形成されている、高分子樹脂を含む原版上に、溶融状態または溶液状態の第１の高分子を塗布し、該第１の高分子を紫外線あるいは熱によって硬化させた後、原版および高分子を液体に浸漬して、該第１の高分子を原版から剥離させることにより表面に転写された凹部を備えた前記クラッド層を得る工程を含むことを特徴とする高分子光導波路の製造方法。
【請求項２】
第１の高分子からなるクラッド層と、
第１の高分子の表面に設けられた凹部に形成され、第２の高分子からなるコア部とを少なくとも備えた高分子光導波路の製造方法において、
コア部を形成するための断面凹形状が形成されている、高分子樹脂を含む原版上に、溶融状態または溶液状態の第２の高分子を塗布し、該第２の高分子を紫外線あるいは熱によって硬化させた後、その上から溶融状態または溶液状態の第１の高分子を塗布し、硬化させた後、原版および高分子を液体に浸漬して、第１および第２の高分子を原版から剥離させる工程を含むことを特徴とする高分子光導波路の製造方法。
【請求項３】
前記原版の表面に、高分子と原版を剥離し易くするための犠牲層を形成した後、第１の高分子または第２の高分子を塗布することを特徴とする請求項１または２記載の高分子光導波路の製造方法。
【請求項４】
犠牲層が酸化シリコン層であり、該犠牲層をエッチング除去することを特徴とする請求項３記載の高分子光導波路の製造方法。
【請求項５】
クラッド層およびコア部の上に、第３の高分子からなる第２のクラッド層を形成することを特徴とする請求項１または２記載の高分子光導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高分子光導波路の製造方法に関し、特に光集積回路、光インターコネクション、あるいは光合分波等の光学部品を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光部品、あるいは光ファイバの基材としては、光伝搬損失が小さく、伝送帯域が広いという特徴を有する石英ガラスや多成分ガラス等の無機系の材料が広く使用されているが、最近では高分子系の材料も開発され、無機系材料に比べて加工性や価格の点で優れていることから、光導波路用材料として注目されている。例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、あるいは、ポリスチレンのような透明性に優れた高分子をコアとし、そのコア材料よりも屈折率の低い高分子をクラッド材料としたコア−クラッド構造からなる平板型光導波路が作製されている（特開平３−１８８４０２号）。
【０００３】
これに対して松浦らにより耐熱性の高い透明性高分子であるポリイミドを用い低損失の平板型光導波路が実現されている（特開平４−９８０７号）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの方法はいずれにおいても、クラッド層の表面にコア構造を形成するに際して、一枚毎にフォトレジストを用いたコアパターンの形成やこれに引き続いての反応性イオンエッチングなどによる凹凸加工が必要であり、量産性や低価格化の点で課題があった。そこで、導波路のコアパターンに対応した表面を凹凸加工した金型を用いて射出成形することにより、光導波路の量産性を向上しようとする検討が行われている。この射出成形ではガラス転移温度の低い材料しか用いることができなかった。
【０００５】
本発明の目的は、低損失で高信頼な高分子光導波路を安価で簡便に量産するために用いるコア形状複製用の金型を用いた光導波路製造方法を提供することにある。このためには、種々の膜厚をもった高分子を異物残り無くきれいに剥離することが課題である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の高分子からなるクラッド層と、
第１の高分子の表面に設けられた凹部に形成され、第２の高分子からなるコア部とを少なくとも備えた高分子光導波路の製造方法において、
コア部を形成するための断面凸形状が形成されている、高分子樹脂を含む原版上に、溶融状態または溶液状態の第１の高分子を塗布し、該第１の高分子を紫外線あるいは熱によって硬化させた後、原版および高分子を液体に浸漬して、該第１の高分子を原版から剥離させることにより表面に転写された凹部を備えた前記クラッド層を得る工程を含むことを特徴とする高分子光導波路の製造方法を提供する。
【０００７】
本発明に従えば、1)射出成形では困難であった高耐熱性材料を用いることができるので、得られた光導波路基板に電子部品などを搭載する際のハンダ耐熱性が得られる。2)第１の高分子を低い粘度で転写できるので、転写率がほぼ１００％で忠実な転写が可能となる。3)光導波路基板をフィルム状に成形することも可能となる。4)高アスペクト比の成形が可能でコアの高さが５０μｍのようなマルチモード光導波路が容易に作製可能である。
【０００８】
また射出成形では金型内の温度を均一化するための制御に工夫が必要であったが、本発明では樹脂を硬化させるための加熱や光照射を均一化することは容易である。
また原版から第１の高分子を剥離する際に、原版および高分子を液体雰囲気または蒸気雰囲気に曝すことが好ましい。
従来は成形後高分子樹脂を金型から剥離しやすくするために樹脂に離型剤を混入させていたが、本発明によれば離型剤を混入する必要がないので樹脂そのものの光学特性等を低下させないで容易な剥離ができる。
また原版が高分子樹脂であり、原版および高分子を液体に浸漬して剥離することが好ましい。
【０００９】
また本発明は、第１の高分子からなるクラッド層と、
第１の高分子の表面に設けられた凹部に形成され、第２の高分子からなるコア部とを少なくとも備えた高分子光導波路の製造方法において、
コア部を形成するための断面凹形状が形成されている、高分子樹脂を含む原版上に、溶融状態または溶液状態の第２の高分子を塗布し、該第２の高分子を紫外線あるいは熱によって硬化させた後、その上から溶融状態または溶液状態の第１の高分子を塗布し、硬化させた後、原版および高分子を液体に浸漬して、第１および第２の高分子を原版から剥離させる工程を含むことを特徴とする高分子光導波路の製造方法を提供する。
【００１０】
本発明に従えば、1)射出成形では困難であった高耐熱性材料を用いることができるので、得られた光導波路基板に電子部品などを搭載する際のハンダ耐熱性が得られる。2)第１の高分子を低い粘度で転写できるので、転写率がほぼ１００％で忠実な転写が可能となる。3)光導波路基板をフィルム状に成形することも可能となる。4)高アスペクト比の成形が可能でコアの高さが５０μｍのようなマルチモード光導波路が容易に作製可能である。
【００１１】
また射出成形では金型内の温度を均一化するための制御に工夫が必要であったが、本発明では樹脂を硬化させるための加熱や光照射を均一化することは容易である。
また原版から第１の高分子または第２の高分子を剥離する際に、原版および高分子を液体雰囲気または蒸気雰囲気に曝すことが好ましい。
従来は成形後高分子樹脂を金型から剥離しやすくするために樹脂に離型剤を混入させていたが、本発明によれば離型剤を混入する必要がないので樹脂そのものの光学特性等を低下させないで容易な剥離ができる。
また原版が高分子樹脂であり、原版および高分子を液体に浸漬して剥離することが好ましい。
【００１２】
本発明において、前記原版の表面に、高分子と原版を剥離し易くするための犠牲層を形成した後、第１の高分子または第２の高分子を塗布することが好ましい。
【００１３】
本発明に従えば、犠牲層膜厚を調整することによって、金型のコア径を変更することが出来る。
【００１４】
従来は成形後高分子樹脂を金型から剥離しやすくするために樹脂に離型剤を混入させていたが、本発明によれば離型剤を混入する必要がないので樹脂そのものの光学特性等を低下させないで容易な剥離ができる。
【００１７】
また本発明において、犠牲層が酸化シリコン層であり、該犠牲層をエッチング除去することが好ましい。
【００２０】
また本発明において、クラッド層およびコア部の上に、第３の高分子からなる第２のクラッド層を形成することが好ましい。
【００２１】
こうした製造方法により、原版と高分子とが容易に剥離でき、種々の膜厚を持つ高分子光導波路が量産可能となる。
【００２２】
上下クラッド層やコアとなる高分子材料として、窒素雰囲気中でＤＳＣ（
differential scanning calorimetry）昇温速度１０℃／分で測定したＴｇ（ガラス転移温度）が１５０℃以上のものが好ましく、より好ましくは２００℃以上である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。光導波路のコア部となる凹凸形状が形成されている基板は、シリコン、ガラス、アルミニウム、ステンレス、ポリイミド等の基板表面に、またはそれらの基板上に高分子をコートした基板表面に、メッキやプラズマエッチング、ケミカルエッチング、レーザアブレーション等の方法により光導波路のコア部となる凹凸形状を加工したものである。
【００２４】
該基板上に基板と高分子を剥離するための犠牲層としての金属膜やガラス、高分子などを真空蒸着法やスパッタ法、メッキ法、基板の熱酸化などにより形成する。このようにして、目的の金型が得られる。犠牲層を除去、金型を剥離する方法としては、ケミカルエッチング等が挙げられる。
【００２５】
以下に、基板のポリイミド膜表面を凹凸加工し、その上から金属膜を積層させた金型の作製法を図１に基づいて説明する。
【００２６】
基板０の上にポリイミドの前駆体であるポリアミド酸溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化することにより、基板上にポリイミド層１を得る。ポリアミド酸溶液に用いる溶媒としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、メチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド等の極性有機溶媒を用いる。次にこの上に光回路パターンを形成するためのマスク層２を形成する。マスクとしては、アルミニウム、チタン等の金属、酸化シリコン、スピンオングラス（ＳＯＧ）、シリコン含有レジスト、感光性ポリイミドなどを用いることができる。マスク層を形成した後、フォトレジスト塗布、プリベーク、露光、現像、アフターベークを行い、パターンニングされたレジスト層３を得る。次にレジスト層により保護されていないマスク層部分を反応性イオンエッチングやエッチング液等により除去して所望の導波路パターンとなす。マスク層２としてシリコン含有レジストや感光性ポリイミドを用いた場合はフォトレジストを使用する必要はない。
【００２７】
次に反応性イオンエッチングによりポリイミドの露出している部分のみを所定の深さにエッチングした後、残ったマスク層２を反応性イオンエッチングや剥離液を用いることにより除去する。その上に犠牲層４としてアルミニウム、銅などの金属膜を真空蒸着法やスパッタ法、メッキ法などにより形成する。このようにして、目的の金型が得られる。
【００２８】
凹凸加工した基板にシリカガラス層を犠牲層として使用する場合には、凹凸加工した基板上にシリカガラス層をスパッタ法などより１０ｎｍ厚形成する。このようにして、目的の金型が得られる。
【００２９】
表面を凹凸加工したシリコンウェハ上に熱酸化により酸化シリコン層の犠牲層を形成する場合には、シリコンウェハを半導体ＬＳＩ技術として成熟しているプラズマエッチング技術やケミカルエッチング技術を用いて、コアパターンに対応する凹凸を形成する。そのシリコンウェハを熱酸化させることにより、酸化シリコンを形成する。このようにして、所望の高分子光導波路作製用金型が作製できる。
【００３０】
この場合、シリコンウェハを熱酸化させることにより繰り返し高分子光導波路作製用金型が作製できる。シルカガラス層厚は１０ｎｍ以下と小さいので、形成できる下部クラッドの溝幅および溝深さは１０枚形成しても所望の幅±５０ｎｍに抑えられる。
【００３１】
次に、このようにして得られた高分子光導波路作製用金型を用いた、光導波路作製方法について説明する。ここでは、ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸溶液を用いたポリイミド光導波路の作製を例に挙げて説明するが、光導波路の材料としてポリアミド酸溶液以外の光学用材料の樹脂溶液などを用いて作製することももちろん可能である。
【００３２】
図２（Ａ）および図２（Ｂ）において金型を用いて光導波路を作製する場合の工程の一例を工程図として示す。図２（Ａ）の符号１１は金型、１２は下部クラッド層、１３はコア層、１４は上部クラッド層、図２（Ｂ）の符号１１は金型、４は犠牲層である。まず、得られた高分子光導波路用金型１１の上に第１のポリアミド酸溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化することにより、金型上にポリイミドの下部クラッド層１２を形成する。次に、犠牲層のみをエッチングする液につけるなどして犠牲層４をエッチングすることにより、金型から下部クラッド層を剥離する。次に、金型との接触面であった面を上にして、この上にコア層１３となるポリイミド前駆体である第２のポリアミド酸溶液をスピンコート等の方法により塗布しこれを加熱イミド化することにより、下部クラッド層上にポリイミドのコア層を形成する。次に反応性イオンエッチングなどの方法により下部クラッド層上に形成された余分のコア層を除去する。最後に上部クラッド層１４となすべきポリイミドの前駆体である第１のポリアミド酸溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化する。このようにして高分子光導波路用金型を用いて埋め込み金型高分子光導波路を作製することができる。
【００３３】
引き続いて、いくつかの実施例を用いて本発明の第１実施形態を更に詳しく説明する。なお、分子構造の異なる種々の高分子の溶液を用いることにより数限りない本発明の高分子光導波路が得られることは明らかである。したがって、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００３４】
実施例１
４インチのシリコン基板に２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物（６ＦＤＡ）と２，２−ビス（トリフルオロメチル）−４, ４'−ジアミノビフェニル（ＴＦＤＢ）のポリアミド酸のＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）１５ｗｔ％溶液を加熱後膜厚が３０μｍになるようにスピンコート法により塗布した。これを７０℃で２時間、１６０℃で１時間、２５０℃で３０分、３５０℃で１時間熱処理をしてポリイミド膜を形成した。この上に膜厚１．５μｍのシリコン含有レジスト層を塗布した後約９０℃でプリベークを行った。次に線幅６μｍ、長さ１０ｃｍの直線状光導波路パターンが１００μｍ間隔に４０本描かれたフォトマスクを用いて密着露光した後、現像液を用いて露光部分のフォトレジストを現像除去した。その後９０℃でポストベークを行った。このパターンニングされたレジスト層をマスクとしてポリイミド膜を酸素の反応性イオンエッチングにより膜表面から６μｍの深さまでエッチングした。次にポリイミドの上層に残ったレジスト層を剥離液で除去した。この上に犠牲層として膜厚５０ｎｍのアルミニウムを真空蒸着した。この表面の凹凸をＳＥＭで観察しリッジの高さと幅は６μｍ幅、６μｍ高さであり、所望の形状の金型を作製することができた。
【００３５】
次に、６ＦＤＡとＴＦＤＢのポリアミド酸の１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液を金型上に加熱後膜厚が０．１ｍｍになるようスピンコートした。その後、金型ごと１０％塩酸水溶液に浸漬することによってアルミニウムをエッチングし、ポリイミド膜を金型から剥離して下部クラッド層を形成した。このポリイミド膜のＴｇを窒素雰囲気中、１０℃／ｍｉｎでＤＳＣで測定したところ３３５℃であった。次に、金型との接触面であった面を上にして、この上にコア層となる６ＦＤＡと４,４'−オキシジアニリン（ＯＤＡ）のポリアミド酸約１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液をスピンコート等の方法により塗布しこれを加熱イミド化することにより、下部クラッド層上にポリイミドのコア層を形成した。次に反応性イオンエッチングにより下部クラッド層上に形成された余分のコア層を除去した。最後に上部クラッド層となる６ＦＤＡとＴＦＤＢのポリアミド酸の１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化して上部クラッド層が形成される。このように下部クラッド厚０．１ｍｍの埋め込み型光導波路が作製できた。
【００３６】
実施例２
４インチのシリコン基板に２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物（６ＦＤＡ）と２，２−ビス（トリフルオロメチル）−４,４'−ジアミノビフェニル（ＴＦＤＢ）のポリアミド酸のＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）１５ｗｔ％溶液を加熱後膜厚が３０μｍになるようにスピンコート法により塗布した。これを７０℃で２時間、１６０℃で１時間、２５０℃で３０分、３５０℃で１時間熱処理をしてポリイミド膜を形成した。この上に膜厚１．５μｍのシリコン含有レジスト層を塗布した後約９０℃でプリベークを行った。次に線幅６μｍ、長さ１０ｃｍの直線状光導波路パターンが１００μｍ間隔に４０本描かれたフォトマスクを用いて密着露光した後、現像液を用いて露光部分のフォトレジストを現像除去した。その後９０℃でポストベークを行った。このパターンニングされたレジスト層をマスクとしてポリイミド膜を酸素の反応性イオンエッチングにより膜表面から６μｍの深さまでエッチングした。次にポリイミドの上層に残ったレジスト層を剥離液で除去した。この上に膜厚０．１μｍのアルミニウムを蒸着した。この表面の凹凸をＳＥＭで観察しリッジの高さと幅は６μｍ幅、６μｍ高さであり、所望の形状の金型を作製することができた。
【００３７】
次に、６ＦＤＡとＴＦＤＢのポリアミド酸の１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液を金型上に加熱後膜厚が０．７ｍｍになるよう印刷法によりコートした。その後、金型ごと１０％塩酸水溶液に浸漬することによってアルミニウムをエッチングし、ポリイミド膜を金型から剥離して下部クラッド層を形成した。次に、金型との接触面であった面を上にして、この上にコア層となる６ＦＤＡと４,４'−オキシジアニリン（ＯＤＡ）のポリアミド酸約１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液をスピンコート等の方法により塗布しこれを加熱イミド化することにより、下部クラッド層上にポリイミドのコア層を形成した。次に反応性イオンエッチングにより下部クラッド層上に形成された余分のコア層を除去した。最後に上部クラッド層となる６ＦＤＡとＴＦＤＢのポリアミド酸の１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化して上部クラッド層を形成した。このように下部クラッド厚０．７ｍｍ埋め込み型光導波路が作製できた。
【００３８】
実施例３
幅６μｍ、高さ６μｍのリッジをプラズマエッチングにより形成された４インチシリコンウェハを熱酸化により、１０ｎｍ厚の酸化シリコンを形成し、高分子光導波路用金型を作製した。次に、６ＦＤＡとＴＦＤＢのポリアミド酸の１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液を金型上に加熱後膜厚が０．７ｍｍになるよう印刷法によりコートした。その後、金型ごと２％フッ酸水溶液に浸漬することによって酸化シリコンをエッチングし、ポリイミド膜を金型から剥離して下部クラッド層を形成した。次に、金型との接触面であった面を上にして、この上にコア層となる６ＦＤＡと４,４'−オキシジアニリン（ＯＤＡ）のポリアミド酸約１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液をスピンコート等の方法により塗布しこれを加熱イミド化することにより、下部クラッド層上にポリイミドのコア層を形成した。次に反応性イオンエッチングにより下部クラッド層上に形成された余分のコア層を除去した。最後に上部クラッド層となる６ＦＤＡとＴＦＤＢのポリアミド酸の１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化して上部クラッド層を形成した。このように下部クラッド厚０．７ｍｍ埋め込み金型光導波路が作製できた。
【００３９】
実施例４
４インチのシリコン基板に２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物（６ＦＤＡ）と２，２−ビス（トリフルオロメチル）−４,４'−ジアミノビフェニル（ＴＦＤＢ）のポリアミド酸のＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）１５ｗｔ％溶液を加熱後膜厚が３０μｍになるようにスピンコート法により塗布した。これを７０℃で２時間、１６０℃で１時間、２５０℃で３０分、３５０℃で１時間熱処理をしてポリイミド膜を形成した。この上に膜厚１．５μｍのシリコン含有レジスト層を塗布した後約９０℃でプリベークを行った。次に線幅６μｍ、長さ１０ｃｍの直線状光導波路パターンが１００μｍ間隔に４０本描かれたフォトマスクを用いて密着露光した後、現像液を用いて露光部分のフォトレジストを現像除去した。その後９０℃でポストベークを行った。このパターンニングされたレジスト層をマスクとしてポリイミド膜を酸素の反応性イオンエッチングにより膜表面から６μｍの深さまでエッチングした。次にポリイミドの上層に残ったレジスト層を剥離液で除去した。この上に膜厚１０ｎｍのシリカガラスをスパッタ法により堆積した。この表面の凹凸をＳＥＭで観察しリッジの高さと幅は６μｍ幅、６μｍ高さであり、所望の形状の金型を作製することができた。
【００４０】
次に、６ＦＤＡとＴＦＤＢのポリアミド酸の１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液を金型上に加熱後膜厚が０．１ｍｍになるようスピンコートした。その後、金型ごと２％フッ酸水溶液に浸漬することによってシリカガラスをエッチングし、成形ポリイミド膜を金型から剥離して下部クラッド層を形成した。次に、金型との接触面であった面を上にして、この上にコア層となる６ＦＤＡと４,４'−オキシジアニリン（ＯＤＡ）のポリアミド酸約１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液をスピンコート等の方法により塗布しこれを加熱イミド化することにより、下部クラッド層上にポリイミドのコア層を形成した。次に反応性イオンエッチングにより下部クラッド層上に形成された余分のコア層を除去した。最後に上部クラッド層となる６ＦＤＡとＴＦＤＢのポリアミド酸の１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化して上部クラッド層を形成した。このように下部クラッド厚０．１ｍｍの埋め込み型光導波路が作製できた。
【００４１】
次に本発明の第２実施形態を詳細に説明する。光導波路のコア部となる凹凸形状が形成されている金型は、シリコン、ガラス、アルミニウム、ステンレス、ポリイミド等の基板表面に、またはそれらの基板上に高分子をコートした基板表面に、メッキやプラズマエッチング、ケミカルエッチング、レーザアブレーション等の方法により光導波路のコア部となる凹凸形状を加工したものである。
【００４２】
以下に、基板のポリイミド膜表面を凹凸加工した金型の作製法を図３に基づいて説明する。
【００４３】
基板０の上にポリイミドの前駆体であるポリアミド酸溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化することにより、基板上にポリイミド層１を得る。ポリアミド酸溶液に用いる溶媒としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、メチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド等の極性有機溶媒を用いる。次にこの上に光回路パターンを形成するためのマスク層２を形成する。マスクとしては、アルミニウム、チタン等の金属、酸化シリコン、スピンオングラス（ＳＯＧ）、シリコン含有レジスト、感光性ポリイミドなどを用いることができる。マスク層を形成した後、フォトレジスト塗布、プリベーク、露光、現像、アフターベークを行い、パターンニングされたレジスト層３を得る。次にレジスト層により保護されていないマスク層部分を反応性イオンエッチングやエッチング液等により除去して所望の導波路パターンとなす。マスク層２としてシリコン含有レジストや感光性ポリイミドを用いた場合はフォトレジストを使用する必要はない。
【００４４】
次に反応性イオンエッチングによりポリイミドの露出している部分のみを所定の深さにエッチングした後、残ったマスク層２を反応性イオンエッチングや剥離液を用いることにより除去する。
【００４５】
次に、このようにして得られた高分子光導波路作製用金型を用いた、光導波路作製方法について説明する。ここでは、ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸溶液を用いたポリイミド光導波路作製を例に挙げて説明するが、光導波路材料としてポリアミド酸溶液以外の光学用材料の樹脂溶液などを用いて作製することももちろん可能である。
【００４６】
図４において金型を用いて光導波路を作製する場合の工程の一例を工程図として示す。図４の符号１１は金型、１２は下部クラッド層、１３はコア層、１４は上部クラッド層である。まず、得られた高分子光導波路用金型１１の上に第１のポリアミド酸溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化することにより、金型の凹部にポリイミドのコア層１３を埋め込む。次に、その上に第２のポリアミド酸溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化することにより、下部クラッド層１２を形成する。次に、該金型を液体に浸漬させるかまたは蒸気中に置くことにより、金型から高分子を剥離する。これで、リッジ型高分子光導波路が作製できることになる。
【００４７】
更に、金型との接触面であった面を上にして、この上に上部クラッド層１４となるポリイミド前駆体である第２のポリアミド酸溶液をスピンコート等の方法により塗布しこれを加熱イミド化して上部クラッド層を形成する。このようにして高分子光導波路用金型を用いて埋め込み型高分子光導波路を作製することができる。
【００４８】
引き続いて、いくつかの実施例を用いて本発明の第２実施形態を更に詳しく説明する。なお、分子構造の異なる種々の高分子の溶液を用いることにより数限りない本発明の高分子光導波路が得られることは明らかである。したがって、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００４９】
実施例５
ガラス基板表面を線幅６μｍ、長さ１０ｃｍの直線状光導波路パターンが１００μｍ間隔に４０本、凹型になるように、Ｃ−Ｆ系エッチングガスを用い６μｍエッチングした。この表面の凹凸をＳＥＭで観察し、６μｍ幅、６μｍ深さの溝が確認され、所望の形状の金型を作製することができた。
次に、コア層となる２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物（６ＦＤＡ）と４,４'−オキシジアニリン（ＯＤＡ）のポリアミド酸の１５ｗｔ％Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）溶液を金型凹部にスピンコート等の方法により塗布し、加熱イミド化させることにより埋め込んだ。更に、その上にクラッド層となる６ＦＤＡと２，２−ビス（トリフルオロメチル）−４,４'−ジアミノビフェニル（ＴＦＤＢ）のポリアミド酸約１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液を加熱後０．１ｍｍ厚になるよう印刷法により塗布しこれを加熱イミド化した。その後、室温の水溶液に約１０分間浸漬させることにより、ポリイミド積層膜を金型から剥離した。金型と接触していた面を上にして、上部クラッド層となる６ＦＤＡとＴＦＤＢのポリアミド酸の１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化して上部クラッド層を形成する。このようにして、埋め込み型光導波路が作製できた。
【００５０】
実施例６
４インチのシリコン基板にピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）とＯＤＡのポリアミド酸１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液を加熱後膜厚が３０μｍになるようにスピンコート法により塗布した。加熱イミド化してポリイミド膜を形成した。この上に膜厚１．５μｍのシリコン含有レジスト層を塗布した後約９０℃でプリベークを行った。次に線幅６μｍ、長さ１０ｃｍの直線状光導波路パターンが１００μｍ間隔に４０本描かれたフォトマスクを用いて密着露光した後、現像液を用いて露光部分のフォトレジストを現像除去した。その後９０℃でポストベークを行った。このパターンニングされたレジスト層をマスクとしてポリイミド膜を酸素の反応性イオンエッチングにより膜表面から６μｍの深さまでエッチングした。次にポリイミドの上層に残ったレジスト層を剥離液で除去した。この表面の凹凸をＳＥＭで観察し、６μｍ幅、６μｍ深さの溝が確認され、所望の形状の金型を作製することができた。
【００５１】
次に、コア層となる６ＦＤＡとＯＤＡのポリアミド酸の１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液を金型凹部にスピンコート等の方法により塗布し、加熱イミド化させることにより埋め込んだ。こうして得られたポリイミド膜のＴｇは３０８℃であった。更に、その上にクラッド層となる６ＦＤＡとＴＦＤＢのポリアミド酸約１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液を加熱後０．７ｍｍ厚になるよう印刷法により塗布しこれを加熱イミド化した。その後、室温の水溶液に約１０分間浸漬させることにより、ポリイミド積層膜を金型から剥離した。金型と接触していた面を上にして、上部クラッド層となる６ＦＤＡとＴＦＤＢのポリアミド酸の１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化させた。このようにして、埋め込み型光導波路が作製できた。
【００５２】
次に本発明の第３実施形態を詳細に説明する。光導波路のコア部となる凹凸形状が形成されている金型は、シリコン、ガラス、アルミニウム、ステンレス、ポリイミド等の基板表面に、またはそれらの基板上に高分子をコートした基板表面に、メッキやプラズマエッチング、ケミカルエッチング、レーザアブレーション等の方法により光導波路のコア部となる凹凸形状を加工したものである。
【００５３】
以下に、基板のポリイミド膜表面を凹凸加工した金型の作製法を図５に基づいて説明する。
【００５４】
基板０の上にポリイミドの前駆体であるポリアミド酸溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化することにより、基板上にポリイミド層１を得る。ポリアミド酸溶液に用いる溶媒としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、メチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド等の極性有機溶媒を用いる。次にこの上に光回路パターンを形成するためのマスク層２を形成する。マスクとしては、アルミニウム、チタン等の金属、酸化シリコン、スピンオングラス（ＳＯＧ）、シリコン含有レジスト、感光性ポリイミドなどを用いることができる。マスク層を形成した後、フォトレジスト塗布、プリベーク、露光、現像、アフターベークを行い、パターンニングされたレジスト層３を得る。次にレジスト層により保護されていないマスク層部分を反応性イオンエッチングやエッチング液等により除去して所望の導波路パターンとなす。マスク層２としてシリコン含有レジストや感光性ポリイミドを用いた場合はフォトレジストを使用する必要はない。
【００５５】
次に反応性イオンエッチングによりポリイミドの露出している部分のみを所定の深さにエッチングした後、残ったマスク層２を反応性イオンエッチングや剥離液を用いることにより除去する。
【００５６】
次に、このようにして得られた高分子光導波路作製用金型を用いた、光導波路作製方法について説明する。ここでは、ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸溶液を用いたポリイミド光導波路の作製を例に挙げて説明するが、光導波路の材料としてポリアミド酸溶液以外の光学用材料の樹脂溶液などを用いて作製することももちろん可能である。
【００５７】
図６において金型を用いて光導波路を作製する場合の工程の一例を工程図として示す。図６の符号１１は金型、１２は下部クラッド層、１３はコア層、１４は上部クラッド層である。まず、得られた高分子光導波路用金型１１の上に第１のポリアミド酸溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化することにより、金型上にポリイミドの下部クラッド層１２を形成する。
【００５８】
次に、室温で液体に１０分間浸漬させ得ることにより、金型から下部クラッド層を剥離する。次に、金型との接触面であった面を上にして、この上にコア層１３となるポリイミド前駆体である第２のポリアミド酸溶液をスピンコート等の方法により塗布しこれを加熱イミド化することにより、下部クラッド層上にポリイミドのコア層を形成する。次に反応性イオンエッチングなどの方法により下部クラッド層上に形成された余分のコア層を除去する。最後に上部クラッド層１４となすべきポリイミドの前駆体である第１のポリアミド酸溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化する。このようにして高分子光導波路用金型を用いて埋め込み金型高分子光導波路を作製することができる。
【００５９】
引き続いて、いくつかの実施例を用いて本発明の第３実施形態を更に詳しく説明する。なお、分子構造の異なる種々の高分子の溶液を用いることにより数限りない本発明の高分子光導波路が得られることは明らかである。したがって、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００６０】
実施例７
ガラス基板表面を線幅６μｍ、長さ１０ｃｍの直線状光導波路パターンが１００μｍ間隔に４０本、凸型になるように、Ｃ−Ｆ系エッチングガスを用い６μｍエッチングした。この表面の凹凸をＳＥＭで観察しリッジの幅と高さは６μｍ幅、６μｍ高さであり、所望の形状の金型を作製することができた。
次に、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物（６ＦＤＡ）と２，２−ビス（トリフルオロメチル）−４,４'−ジアミノビフェニル（ＴＦＤＢ）のポリアミド酸の１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液を金型上に加熱後膜厚が０．１ｍｍになるようスピンコートした。加熱イミド化後、水溶液に浸漬させ、ポリイミド膜を金型から剥離した。次に、金型との接触面であった面を上にして、この上にコア層となる６ＦＤＡと４,４'−オキシジアニリン（ＯＤＡ）のポリアミド酸約１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液をスピンコート等の方法により塗布しこれを加熱イミド化することにより、下部クラッド層上にポリイミドのコア層を形成した。次に反応性イオンエッチングにより下部クラッド層上に形成された余分のコア層を除去した。最後に上部クラッド層となる６ＦＤＡとＴＦＤＢのポリアミド酸の１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化する。このように下部クラッド厚０．１ｍｍの埋め込み金型光導波路が作製できた。
【００６１】
実施例８
４インチのシリコン基板にピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）と４,４'−オキシジアニリン（ＯＤＡ）のポリアミド酸のＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）１５ｗｔ％溶液を加熱後膜厚が３０μｍになるようにスピンコート法により塗布した。加熱イミド化してポリイミド膜を形成した。この上に膜厚１．５μｍのシリコン含有レジスト層を塗布した後約９０℃でプリベークを行った。次に線幅６μｍ、長さ１０ｃｍの直線状光導波路パターンが１００μｍ間隔に４０本描かれたフォトマスクを用いて密着露光した後、現像液を用いて露光部分のフォトレジストを現像除去した。その後９０℃でポストベークを行った。このパターンニングされたレジスト層をマスクとしてポリイミド膜を酸素の反応性イオンエッチングにより膜表面から６μｍの深さまでエッチングした。次にポリイミドの上層に残ったレジスト層を剥離液で除去した。この表面の凹凸をＳＥＭで観察しリッジの高さと幅は６μｍ幅、６μｍ高さであり、所望の形状の金型を作製することができた。
【００６２】
次に、６ＦＤＡとＴＦＤＢのポリアミド酸の１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液を金型上に加熱後膜厚が０．７ｍｍになるよう印刷法によりコートした。その後、水溶液に浸漬させ、ポリイミド膜を金型から剥離した。次に、金型との接触面であった面を上にして、この上にコア層となる６ＦＤＡとＯＤＡのポリアミド酸約１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液をスピンコート等の方法により塗布しこれを加熱イミド化することにより、下部クラッド層上にポリイミドのコア層を形成した。次に反応性イオンエッチングにより下部クラッド層上に形成された余分のコア層を除去した。最後に上部クラッド層となる６ＦＤＡとＴＦＤＢのポリアミド酸の１５ｗｔ％ＤＭＡｃ溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化する。このように下部クラッド厚０．７ｍｍ埋め込み金型光導波路が作製できた。
【００６３】
以上の例で水溶液に浸漬するかわりに例えば８０℃、８５％ＲＨの水蒸気雰囲気に曝すことにより金型から高分子を剥離することもできる。
【００６４】
実施例では上下のクラッド層、コア層、金型表面の樹脂はいずれもポリイミド樹脂で説明したが、これらの層を構成する樹脂はポリイミド樹脂以外にポリウレタン、ポリエステルなど広く用いることができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳説したように本発明によれば、1)射出成形では困難であった高耐熱性材料を用いることができるので、得られた光導波路基板に電子部品などを搭載する際のハンダ耐熱性が得られる。2)第１の高分子を低い粘度で転写できるので、転写率がほぼ１００％で忠実な転写が可能となる。3)光導波路基板をフィルム状に成形することも可能となる。4)高アスペクト比の成形が可能でコアの高さが５０μｍのようなマルチモード光導波路が容易に作製可能である。
【００６６】
また、本発明に係る製造方法により、原版と高分子とが容易に剥離でき、種々の膜厚を持つ高分子光導波路が量産可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態において金型を作製する工程の一例を示す工程図である。
【図２】本発明の第１実施形態において金型を用いて光導波路を作製する工程の一例を示す工程図である。
【図３】本発明の第２実施形態において金型を作製する工程の一例を示す工程図である。
【図４】本発明の第２実施形態において金型を用いて光導波路を作製する工程の一例を示す工程図である。
【図５】本発明の第３実施形態において金型を作製する工程の一例を示す工程図である。
【図６】本発明の第３実施形態において金型を用いて光導波路を作製する工程の一例を示す工程図である。
【符号の説明】
０  基板
１  ポリイミド層
２  マスク層
３  レジスト層
４  犠牲層
１１  金型
１２  下部クラッド層
１３  コア層
１４  上部クラッド層
【図１】
0003943827.tif 000002
【図２】
0003943827.tif 000003
【図３】
0003943827.tif 000004
【図４】
0003943827.tif 000005
【図５】
0003943827.tif 000006
【図６】
0003943827.tif 000007