(57)【要約】【課題】低コストで製造工程が平易であり、しかもコア部とクラッド部の屈折率差が大きく、小型の集積回路に好適な曲げ半径の小さい光導波路及びその製造方法を提供すること。【解決手段】下記の（Ａ）工程及び（Ｂ）工程を含む光導波路の製造方法。（Ａ）工程：下側クラッド部上に、チタン原子とケイ素原子を含む酸化物前駆物質を含有する塗布液を用いて塗膜を形成する工程、（Ｂ）工程：前記塗膜に放射線を照射し、続いて加熱処理し、これにより放射線照射された屈折率のより高いコア域と、コア域より屈折率のより低い放射線未照射のクラッド域とからなるコア／クラッド層を形成する工程。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の（Ａ）工程及び（Ｂ）工程を含む光導波路の製造方法。
（Ａ）工程：下側クラッド部上に、チタン原子とケイ素原子を含む酸化物前駆物質を含有する塗布液を用いて塗膜を形成する工程、
（Ｂ）工程：前記塗膜に放射線を照射し、続いて加熱処理し、これにより放射線照射された屈折率のより高いコア域と、コア域より屈折率のより低い放射線未照射のクラッド域とからなるコア／クラッド層を形成する工程。
【請求項２】
前記塗膜全体にわたってチタン原子とケイ素原子のモル比が一定となるように、（Ａ）工程において均一に塗膜を形成する、請求項１記載の光導波路の製造方法。
【請求項３】
前記（Ｂ）工程において、加熱処理温度が１２０℃乃至２５０℃である、請求項１又は請求項２記載の光導波路の製造方法。
【請求項４】
前記（Ａ）工程において、チタン原子とケイ素原子のモル比が、チタン原子（モル）：ケイ素原子（モル）＝５：９５乃至９５：５である塗布液を使用する、請求項１乃至請求項３のうち何れか一項に記載の光導波路の製造方法。
【請求項５】
さらに、
（Ｃ）工程：前記コア／クラッド層の上に上側クラッド部を形成する工程、
を含む、請求項１乃至請求項４のうち何れか一項に記載の光導波路の製造方法。
【請求項６】
前記（Ｃ）工程において前記上側クラッド部を、前記（Ａ）工程に記載のチタン原子とケイ素原子を含む酸化物前駆物質を含有する塗布液を用いて形成する、請求項５記載の光導波路の製造方法。
【請求項７】
前記（Ｃ）工程が、前記（Ａ）工程に記載のチタン原子とケイ素原子を含む酸化物前駆物質を含有する塗布液を前記コア／クラッド層上に塗布し、続いて、室温乃至２５０℃で加熱処理することにより、前記コア／クラッド層の上に上側クラッド部を形成する工程である、請求項６記載の光導波路の製造方法。
【請求項８】
前記塗膜が、アルコキシチタン及びアルコキシシランの重縮合物を含有する塗布液から形成される、請求項１乃至請求項７のうちのいずれか一項に記載の光導波路の製造方法。
【請求項９】
下側クラッド部と、
下側クラッド部の上面側に形成され、屈折率のより高いコア域と、コア域のそれより屈折率のより低いクラッド域とからなるコア／クラッド層を含み、
前記コア／クラッド層が、チタン原子とケイ素原子を含み、前記コア域と前記クラッド域との間でチタン原子とケイ素原子のモル比の分布が均一である、光導波路。
【請求項１０】
前記コア／クラッド層上に、さらに上側クラッド部が形成されてなる、請求項９記載の光導波路。
【請求項１１】
前記コア／クラッド層のチタン原子とケイ素原子のモル比が５／９５乃至９５／５である、請求項９又は請求項１０記載の光導波路。
【請求項１２】
前記コア／クラッド層が、アルコキシチタン及びアルコキシシランの重縮合物を含有する、請求項９乃至請求項１１のうち何れか一項に記載の光導波路。
【請求項１３】
アルコキシチタン及びアルコキシシランの重縮合物を含有する光導波路形成用塗布液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コア部の屈折率とクラッド部の屈折率の差の大きい光導波路、その製造方法、ならびに光導波路形成用塗布液に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信や信号伝達に対する高速化、高容量化の要求がますます大きくなり、機器内配線においても電気に代わって光による信号伝達の重要性が高まっている。機器内の配線は益々高集積化されており、小型の光集積回路などに用いることができるよう、小さい曲げ半径においても低損失で伝搬可能な光導波路の開発が進んでいる。
光導波路は、コア（屈折率（ｎ）の高い部分）部とクラッド（屈折率の低い部分）部で構成される。そして、コアとクラッドの屈折率差（Δｎ）を大きくするほど、一般にコアへの光の閉じ込めが強くなり、許容される曲率半径が小さくなることが知られており、これまでにも高Δｎを有する光導波路の製造方法について様々な提案がなされている。
【０００３】
例えば、コアに単結晶シリコン（屈折率ｎ＝３．５）、クラッドに二酸化珪素（ｎ＝１．４５）を用いた光導波路とその製造方法が報告されている（特許文献１参照）。同文献によれば、この光導波路はＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハ上にフォトレジスト層を形成し、露光・ドライエッチングを経て製造される。このとき、光導波路の側面に存在する微小な面荒れの改善を目的として、エッチング後にアルゴン雰囲気中での加熱処理を実施している。
【０００４】
また、スラブ型２次元フォトニック結晶導波路として、クラッドとなるシリコン（ｎ＝３．４）部分に、円筒状や楕円筒状の空気（ｎ＝１．０）部位を２次元周期間隔で設け、それによりクラッド部分の有効屈折率を下げ、コア（シリコン）への光の閉じ込めを強くした、光導波路が提案されている（特許文献２参照）。同文献によれば、この光導波路は、ＳＯＩ基板に、電子線露光とドライエッチングによって、格子定数ａ＝０．３９μｍの微細な空気孔を規則的に作製することにより、製造される。
【０００５】
一方、光導波路用材料として、材料の屈折率制御が比較的容易であり、低コストの製造プロセスが使用できることから、放射線照射によりパターニングが可能な樹脂組成物が注目されている。そしてこのような樹脂組成物に放射線を照射し、放射線未照射領域を現像処理により除去し、より屈折率の低い材料で包埋することによる光導波路の製造方法について多数提案がなされている。また、光照射により屈折率変化を誘起できる性質を有するポリシランを利用して、光照射のみの簡易なプロセスによる光導波路の製造方法が報告されている（特許文献３参照）。
【０００６】
さらに、ケイ素化合物やチタン化合物などの有機金属化合物を含む樹脂組成物を用いて、光導波路を製造する方法も提案されている。こうした光導波路は、ポリシロキサン化合物や、アルコキシシラン、アルコキシチタンなどの金属アルコキシドを含む混合物を熱硬化（加熱処理）させるか、或いは、紫外線照射させるかの何れか一方を用いて製造される。
例えば加熱処理を用いる場合、上記混合物の塗布層全面で硬化が生じて屈折率変化が起きることとなる。このため、例えば硬化層をコア部として用いる場合には、パターン形成後にエッチングを用いてクラッド部となる領域を除去し、矩形状の光導波路のコアパターンを作製する（特許文献４参照）。
また紫外線照射を利用する場合、照射領域で重合が生じ、未照射部を溶解、除去することで、光導波路のコアパターンを作製する（特許文献５参照）。
【特許文献１】特開２００６−２９３０８８号公報
【特許文献２】特開２００３−１５６６４２号公報
【特許文献３】特開２００４−０３５８３８号公報
【特許文献４】特開平８−１７６４４４号公報
【特許文献５】特開２００１−１９４７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述したように、導波路製造の際にフォトレジスト法並びにドライエッチングを必要とする従来の製造方法は、製造のスループットが低いこと、また所望の光伝送特性を得るためには高精度な加工技術が必要とされることから、未だに研究の域を出ていないのが現状である。
【０００８】
また、光導波路用材料としてポリシランなどの樹脂化合物を採用した場合、一般に、樹脂化合物はその化学的性質から、コアとクラッドに用いられる化合物の屈折率差（Δｎ）を大きくすることが非常に困難である。このため、現在報告されている実用可能なΔｎは、せいぜい４％程度が上限となっており、曲げ半径の小さい光導波路の作製には不向きとされている。
しかも、樹脂化合物は、基板（シリコン基板等）と物理的物性が大きく異なるため、界面密着性や耐熱性などが問題となることも指摘されている。
【０００９】
さらに、ケイ素化合物やチタン化合物などの有機金属化合物を含む樹脂組成物を用いて光導波路を製造する場合、加熱処理又は紫外線照射の後にパターン形成やエッチング、あるいは現像処理が必要となるため、前述したように製造工程が煩雑になるという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低コストで製造工程が平易であり、しかもコア部とクラッド部の屈折率差が大きく、小型の集積回路に好適な曲げ半径の小さい光導波路及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記目的を達成するため、鋭意検討を重ねた結果、チタン原子とケイ素原子を含有する塗布液を用いて塗膜を形成し、該塗膜に放射線を照射し、続いて加熱処理を実施したところ、放射線の照射域の屈折率と未照射域の屈折率に大きな差が生ずることを見出し、光導波路のコア部（放射線照射域）とクラッド部（未照射域）を容易に形成できることを見出し、本発明を完成させた。
【００１２】
すなわち、第１観点として、下記の（Ａ）工程及び（Ｂ）工程を含む光導波路の製造方法；（Ａ）工程：下側クラッド部上に、チタン原子とケイ素原子を含む酸化物前駆物質を含有する塗布液を用いて塗膜を形成する工程、（Ｂ）工程：前記塗膜に放射線を照射し、続いて加熱処理し、これにより放射線照射された屈折率のより高いコア域と、コア域より屈折率のより低い放射線未照射のクラッド域とからなるコア／クラッド層を形成する工程。
第２観点として、前記塗膜全体にわたってチタン原子とケイ素原子のモル比が一定となるように、（Ａ）工程において均一に塗膜を形成する、第１観点記載の光導波路の製造方法。
第３観点として、前記（Ｂ）工程において、加熱処理温度が１２０℃乃至２５０℃である、第１観点又は第２観点記載の光導波路の製造方法。
第４観点として、前記（Ａ）工程において、チタン原子とケイ素原子のモル比が、チタン原子（モル）：ケイ素原子（モル）＝５：９５乃至９５：５である塗布液を使用する、
第１観点乃至第３観点のうち何れか一項に記載の光導波路の製造方法。
第５観点として、さらに（Ｃ）工程：前記コア／クラッド層の上に上側クラッド部を形成する工程を含む、第１観点乃至第４観点のうち何れか一項に記載の光導波路の製造方法。
第６観点として、前記（Ｃ）工程において前記上側クラッド部を、前記（Ａ）工程に記載のチタン原子とケイ素原子を含む酸化物前駆物質を含有する塗布液を用いて形成する、第５観点記載の光導波路の製造方法。
第７観点として、前記（Ｃ）工程が、前記（Ａ）工程に記載のチタン原子とケイ素原子を含む酸化物前駆物質を含有する塗布液を前記コア／クラッド層上に塗布し、続いて、室温乃至２５０℃で加熱処理することにより、前記コア／クラッド層の上に上側クラッド部を形成する工程である、第６観点記載の光導波路の製造方法。
第８観点として、前記塗膜が、アルコキシチタン及びアルコキシシランの重縮合物を含有する塗布液から形成される、第１観点乃至第７観点のうちのいずれか一項に記載の光導波路の製造方法。
第９観点として、下側クラッド部と、下側クラッド部の上面側に形成され、屈折率のより高いコア域と、コア域のそれより屈折率のより低いクラッド域とからなるコア／クラッド層を含み、前記コア／クラッド層が、チタン原子とケイ素原子を含み、前記コア域と前記クラッド域との間でチタン原子とケイ素原子のモル比の分布が均一である、光導波路。
第１０観点として、前記コア／クラッド層上に、さらに上側クラッド部が形成されてなる、第９観点記載の光導波路。
第１１観点として、前記コア／クラッド層のチタン原子とケイ素原子のモル比が５／９５乃至９５／５である、第９観点又は第１０観点記載の光導波路。
第１２観点として、前記コア／クラッド層が、アルコキシチタン及びアルコキシシランの重縮合物を含有する、第９観点乃至第１１観点記載の光導波路。
第１３観点として、アルコキシチタン及びアルコキシシランの重縮合物を含有する光導波路形成用塗布液。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、チタン原子とケイ素原子を含む酸化物前駆物質を含有する塗布液を用いて形成した塗膜に放射線を照射し、続いて加熱処理を実施するだけで、放射線照射域を光導波路のコア域、未照射域を光導波路のクラッド域とすることができる。すなわち、従来の光導波路の製造において必要とされた現像処理やエッチング処理などを必要としないため操作が平易である。さらに、光導波路のコア域／クラッド域作製工程に続いて、上側クラッド部を積層することが可能である。
【００１４】
また本発明の製造方法によれば、コア／クラッド層におけるコア域とクラッド域を同一の材料で作製できる。
すなわち、従来、材料物性の差異によりコア域とクラッド域の界面で発生していた密着性や耐熱性などの問題が、本発明の製造方法により低減されることが期待できる
【００１５】
そして本発明の製造方法によると、コア域の屈折率とクラッド域の屈折率との差が大きい光導波路を低コストで容易に製造することができる。そのため、曲げ半径の小さい光導波路を容易に製造することができ、光デバイスの小型化に有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は光導波路の製造方法であって、詳細には、（Ａ）工程：下側クラッド部上に、チタン原子とケイ素原子を含む酸化物前駆物質（以下、特定前駆物質ともいう）を含有する塗布液を用いて塗膜を形成する工程、及び（Ｂ）工程：前記塗膜に放射線を照射し、続いて加熱処理し、これにより放射線照射された屈折率のより高いコア域と、コア域より屈
折率のより低い放射線未照射のクラッド域とからなるコア／クラッド層を形成する工程、からなる製造方法である。
【００１７】
ここで本発明は、コア域における屈折率が、クラッド域と比べて比較的高いことが一つの特徴となっている。これは、コア／クラッド層を特定前駆物質を含有する塗布液、具体的にはアルコキシチタン及びアルコキシシランの重縮合物を含有する塗布液より得られる塗膜を、放射線照射及び加熱処理することにより得られる特徴である。
特定前駆体は、後述のようにアルコキシチタン及びアルコキシシランとを加水分解・縮合して得られる。アルコキシチタンは加水分解を受けやすいため、通常は、安定化剤（β−ジケトン類やグリコール類等）によって安定化させた状態で前記の反応を行なう。この特定前駆体を含有する塗布液から得られる塗膜を乾燥した後に、紫外線を照射すると、紫外線照射域において、アルコキシチタンの安定化に用いた安定化剤の脱離が活性化され、続く加熱処理によって、特定前駆体の縮合・重合が進行し易くなる。他方、紫外線未照射域においては、紫外線照射域に比べて、特定前駆体の縮合・重合が進行し難い。このようなことが、紫外線未照射域に比べて、紫外線照射域の屈折率を高くすることになるものと考えられる。
このようにして、本発明は平易な製造方法で、高い屈折率差を誘起することが可能となると考えられる。
【００１８】
前記（Ｂ）工程において、加熱処理温度は１２０℃乃至２５０℃、好ましくは１２０乃至２２０℃である。また、加熱処理時間は５分乃至６０分の範囲で行うことが好ましい。
上記（Ｂ）工程における加熱処理が不十分である場合、コア域となる放射線照射域でのアルコキシチタンの加水分解・縮合が十分に進行せず、当該区域の屈折率が上昇しない。また加熱処理が過剰であった場合、クラッド域となる放射線未照射域において、過剰な加水分解・縮合の抑制のために安定化剤により保護されていたアルコキシチタンにおいても、安定化剤が脱離することとなり、加水分解・縮合が進行することで、屈折率が上昇する。
すなわち、加熱処理不十分／過剰のいずれの場合においても、コア域とクラッド域の屈折率差が小さくなるため、上述した好ましい熱処理温度、時間にて処理することが望ましい。
【００１９】
また、コア域とクラッド域間で、高い屈折率差を得るためには、塗膜並びにコア／クラッド層に含まれるチタン原子とケイ素原子のモル比が５：９５乃至９５：５であることが望ましい。好ましくはチタン原子とケイ素原子のモル比が５０：５０乃至９５：５、より好ましくは７０：３０乃至９５：５である。
【００２０】
［塗膜形成に用いる塗布液］
本発明において、紫外線照射・加熱処理によりコア／クラッド層を形成することとなる塗膜は、特定前駆物質を含有する塗布液から形成される。
該塗布液は、材料の調製が容易であり、また塗膜の作製にあたり従来の塗布方法を用いることができることから、前述したようにアルコキシチタン及びアルコキシシラン、そして後述する溶媒等を用いて調製することが好ましい。
【００２１】
〈アルコキシチタン〉
上記アルコキシチタンとしては、下記式（１）で表される化合物が挙げられる。
Ｔｉ（ＯＲ1）4    ・・・（１）
（式中、Ｒ1は炭素原子数１乃至６のアルキル基を表す）。
上記式（１）の具体例としては、テトラメトキシチタン、テトラエトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、テトラ−ｎ−プロポキシチタン、テトラ−ｎ−ブトキシチタン、テトライソブトキシチタン、テトラ−ｔ−ブトキシチタン、テトラペントキシチタン等
が挙げられる。
これらの中で、テトラエトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、又はテトラ−ｎ−ブトキシチタンを用いることが好ましい。
【００２２】
なお、通常、アルコキシチタンを用いる場合、過度の加水分解・縮合の進行を抑えるために、β−ジケトン類やグリコール類等の安定化剤によって溶媒和された形態で用いる。
ここで用いられる上記安定化剤の具体例としては、アセチルアセトン、メチルアセチルアセトン、エチルアセチルアセトン、ジエチルアセチルアセトンなどのβ−ジケトン類、エチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールジメチルエーテルなどのグリコール類等が挙げられる。
【００２３】
〈アルコキシシラン〉
前記アルコキシシランとしては、下記式（２）で表される化合物が挙げられる。
（Ｒ2）nＳｉ（ＯＲ3）4-n      （２）
（式中、Ｒ2は炭素原子数１乃至６のアルキル基、炭素原子数１乃至６アルケニル基、ア
リール基を表し、Ｒ3は炭素原子数１乃至６のアルキル基を表し、ｎは０乃至２の整数を
表す。）
上記式（２）の具体例としては、テトラアルコキシシラン類、トリアルコキシシラン類及びジアルコキシシラン類等が挙げられる。
以下にアルコキシシランの具体例を示すが、これらに限定されるものではない。
【００２４】
テトラアルコキシシラン類としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン及びテトラブトキシシラン等が挙げられる。好ましくは、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシランが挙げられる。
【００２５】
トリアルコキシシラン類としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、ペンチルトリメトキシシラン、ペンチルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、ヘプチルトリメトキシシラン、ヘプチルトリエトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、ステアリリルトリメトキシシラン、ステアリリ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、３−クロロプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、３−ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、３−ヒドロキシプロピルトリエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシトリエトキシシラン、３−メタクリルオキシトリメトキシシラン、３−メタクリルオキシ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、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン及びトリフルオロプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。好ましくは、メチルトリメトキシシラン、メチ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、３−ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、３−ヒドロキシプロピルトリエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシトリエトキシシラン、３−メタクリルオキシトリメトキシシラン、３−メタクリルオキシ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、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン及びトリフルオロプロピルトリエトキシシランが挙げられる。
【００２６】
ジアルコキシシラン類としては、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン等のジアルコキシシラン類等が挙げられる。
【００２７】
またこれらアルコキシシランは、上述の単量体の形態だけでなく、メチルシリケートお
よびエチルシリケート等の縮合体の形態で用いることもできる。
【００２８】
〈アルコキシチタンとアルコキシシランの配合割合〉
上述の塗布液に用いるアルコキシチタンとアルコキシシランの配合割合は、モル比でアルコキシチタン：アルコキシシラン＝５：９５乃至９５：５であることが好ましい。より好ましくは、モル比でアルコキシチタン：アルコキシシラン＝５０：５０乃至９５：５、最も好ましくは７０：３０乃至９５：５である。
また上述のアルコキシチタン及びアルコキシシラン等の金属アルコキシドは、必要に応じて適宜選択して用いることができ、複数種を併用することもできる。
【００２９】
〈塗布液に使用する溶媒〉
前記塗布液において、アルコキシチタンとアルコキシシランと共に用いる溶媒は、金属アルコキシド及び／又はその縮合物を溶解するものであれば特に限定されない。
例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、エチレングリコール、プロピレングリコール、ヘキシレングリコール等のグリコール類、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、ジエチルセロソルブ、ジエチルカルビトール等のグリコールエーテル類、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルフォルムアミド等が挙げられる。
これら溶媒は１種単独で、或いは２種以上を混合して用いてもよい。
【００３０】
〈その他触媒など〉
前述のアルコキシチタンなどの遷移金属アルコキシド化合物は、光に対して硬化性を有するが、さらに光硬化性を促進させるための触媒として、金属硝酸塩を遷移金属アルコキシドに対してモル比で０．００５乃至２の範囲で加えることが望ましい。
金属硝酸塩としては、例えば周期律表の、ＩＩａ族、ＩＩＩａ族、ＩＶａ族、Ｖａ族、ＩＩＩｂ族、ＩＶｂ族、Ｖｂ族、ＶＩＩｂ族及びＶＩＩＩ族の金属からなる群より選択される少なくとも１種の金属の硝酸塩が挙げられる。
好ましくは、バリウム、マグネシウム、アルミニウム、インジウム、ナマリ、ビスマス、イットリウム、セリウム、ニオビウム、タンタル、クロミウム、モリブデン、タングステン、マンガン、鉄、コバルト、パラジウム、銅及びカドミウムの硝酸塩が挙げられる。
特に好ましくは、アルミニウム、インジュウム、ビスマス、イットリウム、セリウム、クロミウム、タングステン、マンガン、鉄、コバルト、銅及びカドミウムが挙げられる。
これら金属硝酸塩は、前述の溶媒に溶解する限りにおいては特にその種類は限定されず、必要に応じて適宜選択して用いることができる。その際、１種単独で又は複数種を併用することもできる。
【００３１】
〈塗布液の調製方法〉
塗布液調製に用いられる前記金属アルコキシド（アルコキシチタン、アルコキシシラン）は加水分解性である。このため、塗布液の調製過程で、溶媒中で金属アルコキシドの加水分解・縮合反応が起こることなる。
従って、調製された塗布液中において、金属アルコキシドは、一部又は全部が加水分解し、縮合反応が起こっていてもよい。すなわち、本発明の塗布液には、アルコキシチタン及びアルコキシシランの重縮合物が存在することとなる。ここでアルコキシチタン及びアルコキシシランの重縮合物には、アルコキシチタンの重縮合物、アルコキシシランの重縮合物などの各種重縮合物が含まれていてもよい。
前記加水分解・縮合反応は、系内に添加される水の量で調整できる。
【００３２】
塗布液の調製にあたり、前記金属アルコキシド（アルコキシチタン、アルコキシシラン）と溶媒等の添加順序は特に限定されない。
一般にはアルコキシチタンと溶媒をあらかじめ混合した溶液に、水や触媒等の成分を添加する方法がよく用いられる。ここでアルコキシシランは、アルコキシチタンと同時に溶媒と混合してもよいし、後から添加してもよい。その際、アルコキシシランは、あらかじめ溶媒で希釈したものであってもよい。
【００３３】
また、アルコキシチタンの加水分解を抑制する目的で、予めアルコキシチタンと溶媒の混合溶液を冷却して塗布液の調製を行ってもよい。或いは、塗布液の調製を冷却下で行ってもよいし、調製後に冷却してもよい。
水及び触媒は、混合して添加してもよいし、別々に添加してもよい。通常、水及び触媒は溶媒で希釈した溶液として添加することが一般的である。ここで用いられる触媒は塩酸、硫酸、硝酸、酢酸、ギ酸、シュウ酸、リン酸、マレイン酸等の酸やアンモニア等のアルカリ等が挙げられる。
【００３４】
さらに、金属アルコキシドの加水分解・縮合反応速度を調整する目的で、金属アルコキシドと溶媒の混合溶液を加熱することもできる。加熱温度及び加熱時間は適宜選択できる。また、金属アルコキシドと溶媒の混合溶液の加熱途中に、水及び触媒を添加することも可能である。
【００３５】
〈その他成分〉
また、本発明の効果を損なわない限りにおいて、必要に応じて無機微粒子、界面活性剤、レベリング剤等のその他の成分を本発明の塗布液に添加することも可能である。
【００３６】
〈光導波路の形成方法〉
本発明の光導波路は、下側クラッド部と、該下側クラッド部の上面側に形成され、屈折率のより高いコア域と、コア域のそれより屈折率のより低いクラッド域とからなるコア／クラッド層を含みて構成され、所望により、該コア／クラッド層上にさらに上側クラッド部が形成されてなる。
【００３７】
本発明の光導波路は主として基板上に形成され、ここで用いられる基板としては、シリコンウェーハ、ガラス製、セラミックス製、金属製及びプラスチック製基板等が挙げられ、その形状は、板又はフィルム等が挙げられる。
入手が容易であるため市販品を用いることが好ましく、シリコンウェーハやガラスウェーハ、またプリント配線板用の複合材料基板などを好適に用いることができる。
またプラスチック製基板としては、ポリカーボネート、ポリ（メタ）アクリレート、ポリエーテルサルホン、ポリアクリレート、ポリウレタン、ポリスルホン、ポリエーテル、ポリエーテルケトン、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル、トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース、アセテートブチレートセルロース等の基板を挙げることができる。
【００３８】
前述の下側クラッド部はコア／クラッド層のコア域を伝搬する光に対して十分透明性を有するものであることが望ましい。また光の伝搬の観点から、下側クラッド部の屈折率は、コア／クラッド層のクラッド域の屈折率と同程度であることが望ましい。
さらに、コア／クラッド層との物理的性質の差異を少なくし、コア／クラッド層との密着性等を好適なものとするためには、下側クラッド部も、コア／クラッド層と同様にチタン原子とケイ素原子を含有する材料から製造することが効果的である。
また、下側クラッド部の屈折率がコア／クラッド層のクラッド域の屈折率より低いと、光のトンネリングを抑制できるので好ましい。但し、ＳｉＯ2の場合は２０００ｎｍ以上
の膜厚を要する。
このような下側クラッド部には、金属アルコキシド（例えばアルコキシシラン）の加水分解物及び／又はその縮合物を含有する塗布液から得られる硬化膜を用いることができる
。又、ガラス、透明性の高いセラミックスやプラスチック基板で代用してもよい。
【００３９】
コア／クラッド層は前述したように、材料調製の容易さや従来方法が使用可能であるといった観点から、前述のアルコキシチタン及びアルコキシシランの重縮合物を含有する塗布液を用いて下側クラッド部上に塗布して塗膜を形成し、その後紫外線照射、続いて加熱処理を経て、作製するのが好ましい。、
前記塗布液の塗布方法は、ディッピング法、スピンコート法、フレキソ印刷法、刷毛塗り法、ロールコート法、スプレー法等通常使用される塗布法を使用することができる。なお塗布液は、塗布前に、フィルター等を用いて濾過することが一般的である。
【００４０】
このようにして下側クラッド部の上に形成された塗膜を、放射線照射前に、例えば室温から２２０℃の温度で乾燥させる。
室温より高温で乾燥させる（熱処理する）方法としては特に限定されるものではないが、適切な雰囲気下、即ち大気、窒素等の不活性ガス、真空中等で、ホットプレートやオーブンを用いて行う方法を例示することができる。乾燥温度は、塗膜中の残存溶媒を少なくするという観点から４０℃以上が好ましく、より好ましくは１２０℃以上で実施される。
また、乾燥に要する時間は３０秒間以上であればよいが、１０分間以下で十分である。
乾燥（熱処理）は２段階以上の温度変化をつけてもよい。段階的に乾燥（熱処理）を実施することで塗膜の均一性をより高めることができる。
【００４１】
このようにして得られた塗膜は、その膜厚が１００ｎｍ乃至４００ｎｍ以下であることが好ましい。これは、塗膜の膜厚が４００ｎｍを超えると、塗布後の熱処理（溶媒乾燥）や、その後の放射線照射工程に行う熱処理などによって、コア／クラッド層にクラックが発生することがあるためである。
なお、一度の塗布・加熱処理により所望の厚さの塗膜が得られない場合は、塗布・加熱処理の工程を所望の膜厚となるまで繰り返せばよい。
【００４２】
その後、上記で得られた塗膜上に、所定のパターンを有するフォトマスクを装着するなどして、放射線を照射する。
該塗膜上に照射する放射線としては、水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、エキシマランプ等からの放射線（紫外線等）が挙げられる。放射線の照射量により、加熱処理後のコアの屈折率を制御することができる。通常、照射量は数千乃至数万ｍＪ／ｃｍ2が適当である。
放射線の中でも、波長２５４ｎｍ付近の波長の短い紫外線はエネルギーが大きく、安定化剤の脱離を促進させる効果が高いため、より少ない照射量でコア域となる部分の屈折率を上昇させることができ、好ましい。さらにエネルギーの大きな放射線として、電子線等を用いることも有効である。
【００４３】
放射線は、フォトマスクを通して照射することでパターニングが可能である。フォトマスクは公知のものを用いることができる。市販品では石英ガラス基板にクロム蒸着したものが容易に入手でき、且つ、紫外線の透過率が高いために好ましい。
またフォトマスクを用いず、放射線を走査して直接描画することも可能である。
【００４４】
放射線を照射した塗膜は、好ましくは１２０℃乃至２５０℃の温度で加熱処理することで、金属アルコキシドの加水分解・縮合を進行させ、コア／クラッド層を完成させる。加熱処理に要する時間は、通常５乃至６０分、１０分程度であればよい。低い加熱温度を選択する場合は、加熱時間を長くすることで安定したコア／クラッド層が得られやすい。
【００４５】
このようにして作製されたコア／クラッド層は、空気を上側クラッド部とみなすことにより、このままでも光導波路として使用可能である。しかしながら、コア／クラッド層の
汚染および、それにより生じる伝搬特性の変化を防ぐために、一般に樹脂などを用いて上側クラッド部形成し、コア／クラッド層を被覆する。
【００４６】
上側クラッド部には、前述の下側クラッド部と同じく、コア／クラッド層のクラッド域と同程度の屈折率や物理的性質を有することが望ましい。例えば、コア／クラッド層作製用の塗布液を用いて塗膜を作製し、その全面を放射線照射せずに熱処理のみを実施すれば、コア／クラッド層のクラッド域と同じ組成から成る上側クラッド部を作製することができる。この場合はコア／クラッド層と上側クラッド部に同じ塗布液を用いることができるので、材料の種類を少なくすることができ好ましい。
【実施例】
【００４７】
以下、実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００４８】
［製造例１：塗布液の調製］
３００ｍｌフラスコに純水１．２ｇ、硝酸アルミニウム九水和物５．３ｇを仕込み、攪拌して均一な溶液を得た。この溶液に溶媒としてエチレングリコール６．９ｇ、プロピレングリコール（別名：１，２−プロパンジオール）４．９ｇ、ブチルセロソルブ（別名：１−メトキシ−２−エタノール）１８．６ｇを加え、室温で１０分間攪拌した。その後、テトラエトキシシラン２．９ｇを添加し、室温で３０分間攪拌して、溶液１を得た。
別の１００ｍｌフラスコにテトライソプロポキシチタン１５．８ｇ、安定化剤としてプロピレングリコール４４．３ｇを仕込み、室温にて３０分攪拌した。その後この溶液を、先の溶液１に添加し、室温で３０分間攪拌して、光導波路製造用の塗布液１を得た。
【００４９】
〈屈折率の評価〉
前述の塗布液１をＳｉウェーハ上にスピンコート法を用いて塗布した後、ホットプレート上で４０℃にて３分間、８０℃にて２分間、２００℃にて２分間、順に加熱処理することで塗布膜中の溶媒を除去し、膜厚３００ｎｍの塗膜を形成した。
この塗膜にメタルハライドランプ（浜松ホトニクス（株）製、ＬＣ−８）により、波長３６５ｎｍにおける光強度６０ｍＷ／ｃｍ2の紫外線を室温にて３０００ｍＪ／ｃｍ2照射した。同様の手順で波長３６５ｎｍにおける光強度６０ｍＷ／ｃｍ2の紫外線を室温にて
９０００ｍＪ／ｃｍ2照射した塗膜、そして紫外線未照射の塗膜を、前記ウェーハ上に夫
々形成した。
これら計３種の塗膜が形成されたウェーハを、続いて２００℃のホットプレート上で１５分間加熱処理を行い、膜中の金属アルコキシドを加水分解・縮合させた。
熱処理した各塗膜を、エリプソメーター（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製、Ｍ−２０００ＶＩ）を用いて、４００ｎｍ乃至１６００ｎｍの波長における屈折率を測定した。なお、６５０ｎｍ、８５０ｎｍ、１３１０ｎｍ及び１５５０ｎｍの波長の屈折率の測定結果を表１に、４００ｎｍ乃至１６００ｎｍの波長における屈折率の変化を図１に示す。
【００５０】
【表１】
2009210704.tif 000003
【００５１】
［実施例１：直線光導波路の製造及び光伝搬評価］
厚さ２０００ｎｍのＳｉＯ2膜付きのＳｉウェーハ上に、前記製造例１で作製した塗布
液１を、スピンコート法を用いて塗布した。ここでＳｉＯ2膜は下側クラッド部として用
いた。続いて該Ｓｉウェーハをホットプレート上に移し、８０℃にて２分間、２００℃にて１５分間、順に加熱処理することで塗布膜中の溶媒を除去し、塗膜を形成した。
この塗膜に、マスクアライナー（ＳＵＳＳ  ＭｉｃｒｏＴｅｃ社製、ＭＪＢ３）を用いて、高圧水銀灯から、波長３６５ｎｍにおける光強度６ｍＷ／ｃｍ2の放射線を、ソーダ
ガラス製フォトマスク（直線状、線幅１６μｍ、間隔２５０μｍ）を通して、室温にて９０００ｍＪ／ｃｍ2照射した。
続いて、２００℃のホットプレート上で１５分間加熱処理を行い、直線光導波路を形成した。
作製した直線光導波路のコア／クラッド層の膜厚は３００ｎｍ、コア域の線幅は１６μｍであった。ここで上側クラッド部は作製せず、空気のままとした。
【００５２】
この直線光導波路に、シングルモード光ファイバを突き当てにて接続し、波長６５０ｎｍの光を挿入した。そのときの光の伝搬の様子を、光導波路の上側クラッド部側（空気層側）より顕微鏡にて観察した。結果を図２に示す。
【００５３】
［実施例２：直線光導波路の製造及び光伝搬損失評価］
ガラス（コーニング社製、Ｅａｇｌｅ２０００）ウェーハ上に、前記製造例１で作製した塗布液１を、スピンコート法を用いて塗布した。ここでガラスウェーハは下側クラッド部として用いた。続いて該ガラスウェーハをホットプレート上に移し、８０℃にて２分間、２００℃にて１５分間、順に加熱処理することで塗布膜中の溶媒を除去し、塗膜を形成した。
この塗膜に、マスクアライナー（ＳＵＳＳ  ＭｉｃｒｏＴｅｃ社製、ＭＪＢ３）を用いて、高圧水銀灯から、波長３６５ｎｍにおける光強度６ｍＷ／ｃｍ2の放射線を、ソーダ
ガラス製フォトマスク（直状、線幅４μｍ、間隔２５０μｍ）を通して、室温にて９０００ｍＪ／ｃｍ2照射した。
続いて、２００℃のホットプレート上で１５分間加熱処理を行い、膜中の金属アルコキシドを加水分解・縮合させ、直線光導波路を形成した。
作製した直線光導波路のコア／クラッド層の膜厚は３００ｎｍ、コア域の線幅は４μｍであった。
【００５４】
さらに続いて、前記塗布液１をコア／クラッド層上にスピンコート法により塗布し、ホットプレート上に移して８０℃にて２分間、２００℃にて１５分間、順に加熱処理することで上側クラッド部を作製した。上側クラッド部の厚さは５４０ｎｍであった。
【００５５】
この直線光導波路に、シングルモード光ファイバを突き当てにて接続し、波長１３１０
ｎｍにてカットバック法により伝搬損失を測定したところ、伝搬損失は１．１ｄＢ／ｃｍであった。
【００５６】
［実施例３：Ｓ字曲線光導波路又はＹ字分岐光導波路の製造及び光伝搬評価］
厚さ２０００ｎｍのＳｉＯ2膜付きのＳｉウェーハ上に、前記製造例１で作製した塗布
液１を、スピンコート法を用いて塗布した。ここでＳｉＯ2膜は下側クラッド部として用
いた。続いてＳｉウェーハをホットプレート上に移し、８０℃にて３分間、１３０℃にて１５分間、順に加熱処理することで塗布膜中の溶媒を除去し、塗膜を形成した。
この塗膜に、マスクアライナー（ＳＵＳＳ  ＭｉｃｒｏＴｅｃ社製、ＭＪＢ３）を用いて、高圧水銀灯から、波長３６５ｎｍにおける光強度６ｍＷ／ｃｍ2の放射線を、ソーダ
ガラス製フォトマスク（Ｓ字曲線状（曲率半径５μｍ）、又はＹ字分岐状（分岐角度１０°、２０°）、いずれも線幅１μｍ）を通して、室温にて９０００ｍＪ／ｃｍ2照射した
。
続いて、２００℃のホットプレート上で１５分間加熱処理を行い、膜中の金属アルコキシドを加水分解・縮合させ、Ｓ字曲線光導波路又はＹ字分岐光導波路を形成した。
作製したＳ字曲線光導波路又はＹ字分岐光導波路のコア／クラッド層の膜厚は２３０ｎｍ、コア域の線幅は１μｍであった。ここで上側クラッド部は作製せず、空気のままとした。
【００５７】
これらの光導波路に、シングルモード光ファイバを突き当てにて接続し、波長６５０ｎｍの光を挿入した。そのときの光の伝搬の様子を、各光導波路の上側クラッド部側（空気層側）より顕微鏡にて観察した。また端面からの出射光の様子を顕微鏡にて観察した。曲率半径５μｍのＳ字曲線光導波路の結果を図３（ａ）に、分岐角度１０°のＹ字分岐光導波路の結果を図４（ｂ）に示す。なお端面からの出射光の様子を示す図３（ｂ）および図４（ｂ）中の下向きの矢印は、放射光の位置を示している。
Ｓ字曲線光導波路の曲り損失はＴE＝０．４４ｄＢ、ＴM＝０．４８ｄＢ、Ｙ字分岐光導波路（分岐角度２０°）の分岐損失はＴE＝０．０９ｄＢ、ＴM＝０．１３ｄＢであった。
【００５８】
［評価結果］
図１並びに表１に特に示すように、紫外線を９０００ｍＪ／ｃｍ2照射した塗膜と紫外
線未照射（０ｍＪ／ｃｍ2）の塗膜の屈折率差（Δｎ）は、いずれの波長においても９．
０％以上であるとする結果が得られた。
すなわち、本発明により作製した光導波路は、通信波長と呼ばれる１３１０ｎｍ、１５５０ｎｍおよび、通信への利用が検討されている８５０ｎｍの全てを含む、幅広い波長範囲において、従来の樹脂化合物を用いた光導波路と比べて大きな屈折率差を得ることが確認された。
【００５９】
また図２の伝搬光の観察結果から、放射線のパターン照射と続く加熱処理により、９％以上の高い屈折率差を容易にパターニングすることが可能であり、光導波路として利用可能であることが確認された。
【００６０】
また、実施例２（上側クラッド部を形成した直線光導波路）における光伝搬損失の評価によると、本発明の製造方法による光導波路の伝搬損失は、波長１３１０ｎｍにおいて１．１ｄＢ／ｃｍであった。この伝搬損失の値は、小型光デバイスなど短距離の光通信において十分に実用可能な値であると認められるものであった。
【００６１】
さらに実施例３（Ｓ字曲線光導波路又はＹ字分岐光導波路）における伝搬光の観察結果（図３及び図４）より、本発明の製造方法による光導波路は、曲率半径５μｍという小さい曲げを有するＳ字曲線光導波路や、分岐角度１０°のＹ字光導波路においても、光の漏洩を殆ど起こすことなく、良好に光を伝搬し得ることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の製造方法によれば、曲げ半径の小さい光導波路を容易に製造することができる。このような光導波路は、光ファイバ通信の基地局や、加入者宅におけるルーターやスプリッタなどの光通信デバイスを小型化するのに有効である。またコンピューターの中央演算処理装置や、プリント配線基板など、高密度配線が必要とされる用途にも有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１は、紫外線照射（９０００ｍＪ／ｃｍ2、３０００ｍＪ／ｃｍ2）及び紫外線未照射の塗膜における、４００ｎｍ乃至１６００ｎｍの波長における屈折率の変化を示す図である。
【図２】図２は実施例１で作製した直線光導波路における、上側クラッド部側から見た光伝搬の観察図である。
【図３】図３は実施例３で作製したＳ字曲線光導波路における、光伝搬の観察結果を示す図であって、図３（ａ）は上側クラッド部側から見た観察図、図３（ｂ）は端面から見た出射光の観察図である。
【図４】図４は実施例３で作製したＹ字分岐光導波路（分岐角度１０°）における、光伝搬の観察結果を示す図であって、図４（ａ）は上側クラッド部側から見た観察図、図４（ｂ）は端面から見た出射光の観察図である。
【図１】
2009210704.tif 000004
【図２】
2009210704.tif 000005
【図３】
2009210704.tif 000006
【図４】
2009210704.tif 000007