(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア及びクラッドを含む光導波路であって、前記コア又は前記クラッドのいずれか一方にポリイミドを含み、前記ポリイミドの（ｂ）ガラス転移温度（Ｔｇ）が２５０℃以上であり、（ｃ）波長０．７〜１．６μｍにおける光伝送損失が１dB/cm以下であり、（ｄ）フッ素含有率が０〜２２．６重量％である、光導波路。
【請求項２】
コア及びクラッドを含む光導波路であって、前記コア又は前記クラッドのいずれか一方にポリイミドを含み、前記ポリイミドの（ａ）ＴＥモードとＴＭモードの屈折率差が０．０２以下であり、（ｂ）ガラス転移温度（Ｔｇ）が２５０℃以上であり、（ｃ）波長０．７〜１．６μｍにおける光伝送損失が１dB/cm以下であり、（ｄ）フッ素含有率が０〜２２．６重量％である、光導波路。
【請求項３】
ポリイミドが下記の一般式（Ｉ）で表される単位構造を含む、請求項１または２に記載の光導波路：
【化１】
0003738469.tif 000016
（式中、Ｒ1は４価の芳香族基を示し、Ｒ2は一般式（II）又は一般式（III）
【化２】
0003738469.tif 000017
（ただし、Ｘは単結合、Ｏ、Ｓ、ＳＯ2、ＣＨ2、ＣＯ、ＣＯＮＨＣ(ＣＨ3)2又はＮ(Ｃ6Ｈ5)を示し、Ｙ1〜Ｙ12は、各々独立に、Ｈ、ＣＨ3、ＣＮ又はＮＯ2を示す）を示す）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリイミド及びこれを用いた光部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリイミドは、半導体プロセス温度に耐え得るなどの優れた耐熱性の特徴を利用し、電子部品の層間絶縁膜、多層配線板材料などに利用されている。これらのポリイミドには信号の高速化の観点から低誘電率が求められている。また、光通信、光情報処理システムの電子・光部品、光部品における光導波路としてもポリイミドは期待され始めており、このポリイミドには光伝送損失が小さいこと、すなわち透明性が要求されている。
このような低誘電率、透明性を有するポリイミドが最近種々開発され、例えば、特開平４−２３９０３７号公報、特開平４−３２８５０４号公報、特開平４−３２８１２７号公報にその例が報告されている。また、マクロモレキュールズ  （Macromolecules）、第27巻、第6665−6670頁(1994)にも、これらのポリイミドについて光伝送損失が詳述されている。
【０００３】
これらのポリイミドは、低誘電率や透明性を高めるためにフッ素原子が置換されている。しかし、フッ素置換数が多くなり、フッ素含有率が多くなると、多層膜形成の時にクラックが発生し多層化が困難になったり、加工性が悪くなったり、ポリイミド前駆体溶液の合成が高分子量化しにくく困難になったり、ポリイミド前駆体溶液の保存安定性が低粘度変化しやすいために悪くなるなどの問題点が生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を鑑みてなされたものである。
請求項１記載の発明は、透明性及び等方性に優れたポリイミドを提供する。
請求項２記載の発明は、透明性及び耐クラック性（多層膜形成の時にクラックが発生することなく、多層化が容易で、加工性が良好）に優れたポリイミドを提供する。
請求項３記載の発明は、透明性、等方性及び耐クラック性に優れたポリイミドを提供する。
請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３記載の発明の目的に加えて、さらに耐熱性、透明性、合成容易性に優れたポリイミドを提供する。
請求項５記載の発明は、光学特性に優れた光部品を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（ａ）ＴＥモードとＴＭモードの屈折率差が０．０２以下であり、
（ｂ）ガラス転移温度（Ｔｇ）が２５０℃以上であり、
（ｃ）波長０．７〜１．６μｍにおける光伝送損失が１dB/cm以下である
ポリイミド（以下、第１の発明という）に関する。
また、本発明は、（ｂ）ガラス転移温度（Ｔｇ）が２５０℃以上であり、
（ｃ）波長０．７〜１．６μｍにおける光伝送損失が１dB/cm以下であり、
（ｄ）フッ素含有率が２２．６重量％以下である
ポリイミド（以下、第２の発明という）に関する。
また、本発明は、（ａ）ＴＥモードとＴＭモードの屈折率差が０．０２以下であり、
（ｂ）ガラス転移温度（Ｔｇ）が２５０℃以上であり、
（ｃ）波長０．７〜１．６μｍにおける光伝送損失が１dB/cm以下であり、
（ｄ）フッ素含有率が２２．６重量％以下である
ポリイミド（以下、第３の発明という）に関する。
【０００６】
また、本発明は、化学構造として一般式（Ｉ）
【化３】
0003738469.tif 000002
（式中、Ｒ1は４価の芳香族基を示し、Ｒ2は一般式（II）又は一般式（III）
【化４】
0003738469.tif 000003
（ただし、Ｘは単結合、Ｏ、Ｓ、ＳＯ2、ＣＨ2、ＣＯ、ＣＯＮＨＣ(ＣＨ3)2又はＮ(Ｃ6Ｈ5)を示し、Ｙ1〜Ｙ12は、各々独立に、Ｈ、ＣＨ3、ＣＮ又はＮＯ2を示す）を示す）
で表される単位構造を含む前記ポリイミド及び前記ポリイミドを用いた光部品に関する。
【０００７】
第１の発明のポリイミドの範囲と第２の発明のポリイミドの範囲は、大略重なるが、一部重ならない部分が存在する。
第１の発明と第２の発明の重なる部分が第３の発明に相当する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
第１の発明のポリイミドは、上記の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の条件を満たすものであれば、特に制限はない。
第２の発明のポリイミドは、上記の（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）の条件を満たすものであれば、特に制限はない。
第３の発明のポリイミドは、上記の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）の条件を満たすものであれば、特に制限はない。
【０００９】
第１、第２又は第３の発明のポリイミドは、常法により種々の製法で製造できるが、例えば、酸成分とジアミン成分とを反応させて得られるポリイミド、酸成分とジイソシアネート成分とを反応させて得られるポリイミド等が挙げられる。ここで、酸成分としては、例えば、酸無水物、酸無水物のハーフエステル、酸塩化物等が挙げられる。
酸成分とジアミン成分とを反応させてポリイミドを得る場合、例えば、酸無水物成分とジアミン成分とを反応させて、まず、ポリイミド前駆体としてのポリアミド酸を得、次いで、このポリアミド酸を脱水閉環によりイミド化してポリイミドとすることができる。また、前記のような２段階工程を経ず、１段階でポリイミドとすることもできる。
【００１０】
第１又は第３の発明のポリイミドは、ＴＥモードとＴＭモードの屈折率差が０．０２以下であることが必要である。
ＴＥモードとＴＭモードの屈折率差が０．０２を超えると異方性が大きすぎ、等方性が求められるデバイスに用いることができない。
ＴＥモードとＴＭモードの屈折率差は、使用する酸成分とジアミン成分の種類や使用量を選択することにより調整できる。
ＴＥモードとＴＭモードの屈折率は、市販の装置により測定することができ、そのような装置としては、例えば、プリズムカプラモデル２０１０（メトリコン社製）等が挙げられる。
【００１１】
第２又は第３の発明のポリイミドは、フッ素含有率を２２．６重量％以下とすることが必要であるが、２２．４重量％以下にすることが好ましく、２２．２重量％以下とすることがより好ましい。
フッ素含有率が２２．６重量％を超えると、多層膜形成の時にクラックが発生し多層化が困難になったり、加工性が悪くなったりポリイミド前駆体の溶液の合成が高分子量化しにくいために困難になったり、ポリイミド前駆体の溶液の保存安定性が低粘度化しやすいために悪くなったりする。
ポリイミドのフッ素含有率は、使用する酸成分とジアミン成分の種類や使用量を選択することにより調整できる。
【００１２】
第１、第２又は第３の発明のポリイミドのガラス転移温度（Ｔｇ）は、２５０℃以上であることが必要であり、２７０℃以上であることが好ましい。
ガラス転移温度（Ｔｇ）が２５０℃未満の場合は、はんだ接続などの熱プロセスに対する耐熱性に劣るため、光部品への適用が困難となる。
ガラス転移温度（Ｔｇ）は、市販の装置を用いることによって容易に測定できる。
【００１３】
第１、第２又は第３の発明のポリイミドの０．７〜１．６μｍにおける光伝送損失は、１dB/cm以下であることが必要である。
光伝送損失が１dB/cmを超えると、透明性に劣るために光部品への適用が困難となる。
光伝送損失は、ポリイミド膜中の導波光がレイリー散乱等によって減衰する量として定義され、以下に、光伝送損失の測定法を図面を用いて説明する。
図１は、プリズムを載せた光伝送損失測定用基板の模式的な断面図である。
図１において、シリコン基板１の上には、酸化シリコン２が形成されており、この酸化シリコン２の上に形成した、ポリイミド膜３の上にプリズム４を載せ、例えば、１．３μｍのレーザ光を入射光線５としてプリズムを通して、ポリイミド膜３中に導入する。そして、膜中を導波する導波光の減衰量を検出する方法によって光伝送損失を測定することができる。通常、次の３つの検出方法がよく用いられる。
【００１４】
第１は、ＣＣＤカメラを用いる方法で、感度的には３つの内で最も劣る難点があるが、簡便で材料スクリーニングには有効な方法である。
第２は、フォトダイオード等の検出器を導波光上を直接掃引して散乱光を測定する方法である。
第３は、プリズムカプラ法と呼ばれるもので、検出位置に第２のプリズムをセットして出射してくる光を測定する方法で最も高感度である。
ポリイミドの０．７〜１．６μｍにおけるガラス転移温度や光伝送損失は、フッ素含有率に依存せず、使用する酸成分とジアミン成分の種類や使用量を適宜選択することによりフッ素含有率に関係なく容易に調整することができる。
【００１５】
第１、第２又は第３の発明のポリイミドのうちでも、耐熱性、光学特性、合成容易性等の点から、化学構造として一般式（Ｉ）
【化５】
0003738469.tif 000004
（式中、Ｒ1は４価の芳香族基を示し、Ｒ2は一般式（II）又は一般式（III）
【化６】
0003738469.tif 000005
（ただし、Ｘは単結合、Ｏ、Ｓ、ＳＯ2、ＣＨ2、ＣＯ、ＣＯＮＨＣ(ＣＨ3)2又はＮ(Ｃ6Ｈ5)を示し、Ｙ1〜Ｙ12は、各々独立に、Ｈ、ＣＨ3、ＣＮ又はＮＯ2を示す）を示す）
で表される単位構造を含むポリイミドが好ましく、このポリイミドは全てが一般式（Ｉ）で表される単位構造からなるポリイミドである必要はなく、一般式（Ｉ）で表される単位構造を含むものであれば、それ以外の単位構造を含むものであってもよい。
一般式（Ｉ）で表される単位構造は、ポリイミド中に５０モル％以上含まれることが好ましく、７０モル％以上含まれることがより好ましい。
【００１６】
なお、第１、第２又は第３の発明のポリイミドだけでは主に受動的（パッシブ）な性質であるが、このポリイミドに４−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ−４′−ニトロスチルベン等のその他の外部からの電気、熱、光等の刺激により非線形性を有する材料を混合したり、非線形性を有する置換基をポリイミドに付与してポリイミドに非線形性を持たせて光の強度変調、位相変調、波長変換などの能動的（アクティブ）な性質を持たせることもできる。
【００１７】
第１、第２又は第３の発明のポリイミドの前駆体であるポリアミド酸は、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、γ−ブチロラクトン、ジメチルスルホキシド、ジグライム等の極性溶液中で、酸無水物成分とジアミン成分の反応により得られる。酸無水物成分とジアミン成分はほぼ等モルとして反応させることが好ましく、反応温度は、通常、０〜４０℃とされ、反応時間は、通常、３０分〜５０時間の範囲とされる。
【００１８】
フッ素を含む酸無水物成分としては、例えば、（トリフルオロメチル）ピロメリット酸二無水物、ジ（トリフルオロメチル）ピロメリット酸二無水物、ジ（ヘプタフルオロプロピル）ピロメリット酸二無水物、ペンタフルオロエチルピロメリット酸二無水物、ビス｛３，５−ジ（トリフルオロメチル）フェノキシ｝ピロメリット酸二無水物、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、５，５′−ビス（トリフルオロメチル）−３，３′，４，４′−テトラカルボキシビフェニル二無水物、２，２′，５，５′−テトラキス（トリフルオロメチル）−３，３′，４，４′−テトラカルボキシビフェニル二無水物、５，５′−ビス（トリフルオロメチル）−３，３′，４，４′−テトラカルボキシジフェニルエーテル二無水物、５，５′−ビス（トリフルオロメチル）−３，３′，４，４′−テトラカルボキシベンゾフェノン二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ベンゼン二無水物、ビス  ｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝トリフルオロメチルベンゼン二無水物、ビス（ジカルボキシフェノキシ）トリフルオロメチルベンゼン二無水物、ビス（ジカルボキシフェノキシ）ビス（トリフルオロメチル）ベンゼン二無水物、ビス（ジカルボキシフェノキシ）テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼン二無水物、２，２−ビス｛（４−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ビフェニル二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ビス（トリフルオロメチル）ビフェニル二無水物、ビス  ｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ジフェニルエーテル二無水物、ビス（ジカルボキシフェノキシ）ビス（トリフルオロメチル）ビフェニル二無水物等が挙げられる。
【００１９】
フッ素を含まない酸無水物成分としては、例えば、パラ−ターフェニル−３，４，３″，４″−テトラカルボン酸二無水物、ピロメリット酸二無水物、３，３′，４，４′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、３，３′，４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、３，３′，４，４′−ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、１，２，５，６−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、２，３，６，７−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、２，３，５，６−ピリジンテトラカルボン酸二無水物、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、４，４′−スルホニルジフタル酸二無水物、３，３′，４，４′−テトラフェニルシランテトラカルボン酸二無水物、メタ−ターフェニル−３，３″，４，４″−テトラカルボン酸二無水物、３，３′，４，４′−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、１，３−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン二無水物、１−（２，３−ジカルボキシフェニル）−３−（３，４−ジカルボキシフェニル）−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン二無水物等が挙げられる。
【００２０】
フッ素を含むジアミン成分としては、例えば、４−（１Ｈ，１Ｈ，１１Ｈ−エイコサフルオロウンデカノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ−パーフルオロ−１−ブタノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ−パーフルオロ−１−ヘプタノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ−パーフルオロ−１−オクタノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−ペンタフルオロフェノキシ−１，３−ジアミノベンゼン、４−（２，３，５，６−テトラフルオロフェノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（４−フルオロフェノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−（１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロ−１−ヘキサノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、４−  （１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロ−１−ドデカノキシ）−１，３−ジアミノベンゼン、（２，５）−ジアミノベンゾトリフルオライド、ビス（トリフルオロメチル）フェニレンジアミン、ジアミノテトラ（トリフルオロメチル）ベンゼン、ジアミノ（ペンタフルオロエチル）ベンゼン、２，５−ジアミノ（パーフルオロヘキシル）ベンゼン、２，５−ジアミノ（パーフルオロブチル）ベンゼン、２，２′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノビフェニル、３，３′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノビフェニル、オクタフルオロベンジジン、４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、２，２−ビス  （４−アミノフェニル）ヘキサフルオロプロパン、１，３−ビス（アニリノ）ヘキサフルオロプロパン、１，４−ビス（アニリノ）オクタフルオロブタン、１，５−ビス（アニリノ）デカフルオロペンタン、１，７−ビス（アニリノ）テトラデカフルオロヘプタン、２，２′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、３，３′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、３，３′，５，５′−テトラキス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、３，３′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノベンゾフェノン、４，４′−ジアミノ−ｐ−テルフェニル、１，４−ビス（ｐ−アミノフェニル）ベンゼン、ｐ−（４−アミノ−２−トリフルオロメチルフェノキシ）ベンゼン、ビス（アミノフェノキシ）ビス（トリフルオロメチル）ベンゼン、ビス（アミノフェノキシ）テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼン、２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス｛４−（３−アミノフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス｛４−（２−アミノフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）−３，５−ジメチルフェニル｝ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）−３，５−ジトリフルオロメチルフェニル｝ヘキサフルオロプロパン、４，４′−ビス（４−アミノ−２−トリフルオロメチルフェノキシ）ビフェニル、４，４′−ビス（４−アミノ−３−トリフルオロメチルフェノキシ）ビフェニル、４，４′−ビス（４−アミノ−２−トリフルオロメチルフェノキシ）ジフェニルスルホン、４，４′−ビス（３−アミノ��５−トリフルオロメチルフェノキシ）ジフェニルスルホン、２，２−ビス｛４−  （４−アミノ−３−トリフルオロメチルフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン、ビス｛（トリフルオロメチル）アミノフェノキシ｝ビフェニル、ビス〔｛（トリフルオロメチル）アミノフェノキシ｝フェニル〕ヘキサフルオロプロパン、ビス｛２−〔（アミノフェノキシ）フェニル〕ヘキサフルオロイソプロピル｝ベンゼン、４，４′−ビス（４−アミノフェノキシ）オクタフルオロビフェニル等が挙げられる。
【００２１】
フッ素を含まないジアミン成分としては、例えば、４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、４，４′−ジアミノジフェニルメタン、４，４′−ジアミノジフェニルスルホン、４，４′−ジアミノジフェニルスルフィド、ベンジン、メタフェニレンジアミン、、パラフェニレンジアミン、２，２−ビス−（４−アミノフェノキシフェニル）プロパン、１，５−ナフタレンジアミン、２，６−ナフタレンジアミン、ビス−（４−アミノフェノキシフェニル）スルホン、ビス−（４−アミノフェノキシフェニル）スルフィド、ビス−（４−アミノフェノキシフェニル）ビフェニル、１，４−ビス−（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス−（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、３，４′−ジアミノジフェニルエーテル、３，３′−ジメチル−４，４′−ジアミノビフェニル、３，３′−ジメトキシ−４，４′−ジアミノビフェニル、４，４′−ジアミノジフェニルエーテル−３−スルホンアミド、３，４′−ジアミノジフェニルエーテル−４−スルホンアミド、３，４′−ジアミノジフェニルエーテル−３′−スルホンアミド、３，３′−ジアミノジフェニルエーテル−４−スルホンアミド、４，４′−ジアミノジフェニルメタン−３−スルホンアミド、３，４′−ジアミノジフェニルメタン−４−スルホンアミド、３，４′−ジアミノジフェニルメタン−３′−スルホンアミド、３，３′−ジアミノジフェニルメタン−４−スルホンアミド、４，４′−ジアミノジフェニルスルホン−３−スルホンアミド、３，４′−ジアミノジフェニルスルホン−４−スルホンアミド、３，４′−ジアミノジフェニルスルホン−３′−スルホンアミド、３，３′−ジアミノジフェニルスルホン−４−スルホンアミド、４，４′−ジアミノジフェニルサルファイド−３−スルホンアミド、３，４′−ジアミノジフェニルサルファイド−４−スルホンアミド、３，３′−ジアミノジフェニルサルファイド−４−スルホンアミド、３，４′−ジアミノジフェニルサルファイド−３′−スルホンアミド、１，４−ジアミノベンゼン−２−スルホンアミド、４，４′−ジアミノジフェニルエーテル−３−カルボンアミド、３，４′−ジアミノジフェニルエーテル−４−カルボンアミド、３，４′−ジアミノジフェニルエーテル−３′−カルボンアミド、３，３′−ジアミノジフェニルエーテル−４−カルボンアミド、４，４′−ジアミノジフェニルメタン−３−カルボンアミド、３，４′−ジアミノジフェニルメタン−４−カルボンアミド、３，４′−ジアミノジフェニルメタン−３′−カルボンアミド、３，３′−ジアミノジフェニルメタン−４−カルボンアミド、４，４′−ジアミノジフェニルスルホン−３−カルボンアミド、３，４′−ジアミノジフェニルスルホン−４−カルボンアミド、３，４′−ジアミノジフェニルスルホン−３′−カルボンアミド、３，３′−ジアミノジフェニルスルホン−４−カルボンアミド、４，４′−ジアミノジフェニルサルファイド−３−カルボンアミド、３，４′−ジアミノジフェニルサルファイド−４−カルボンアミド、３，３′−ジアミノジフェニルサルファイド−４−カルボンアミド、３，４′−ジアミノジフェニルサルファイド−３′−スルホンアミド、１，４−ジアミノベンゼン−２−カルボンアミド、４，４′−ビス（４−アミノフェノキシ）ビフェニル、ビス｛４−（３−アミノフェノキシ）フェニル｝スルホン等が挙げられる。
上記の酸無水物成分及びジアミン成分はそれぞれ２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２２】
第１、第２又は第３の発明のポリイミドは、例えば、前述のポリイミド前駆体であるポリアミド酸の溶液をアルミ板上にスピンコートし、窒素雰囲気下で７０℃から３５０℃まで段階的に加熱（７０℃１時間、１６０℃１時間、２５０℃１時間、３５０℃１時間）し、イミド化することによって製造できる。
【００２３】
第１、第２又は第３の発明のポリイミドを用いた光部品においては、ポリイミドは、通常、光学的動作又は光学的機能をになう部分に使用される。このような光部品としては、例えば、パッシブ系の光部品、アクティブ系の光部品等を挙げることができる。
パッシブ系の光部品としては、プリズム、リッジ素子、非分岐導波路（曲り導波路を含む）等の光路変換素子、分岐導波路、方向性結合器、スターカップラー等の合分波器、干渉フィルタ、偏光子、波長板（位相差板）などが挙げられる。アクティブ系の光部品としては、マッハツェンダ型光スイッチ、方向性結合器型光スイッチ等の導波路型光スイッチなどの光マトリックススイッチ、マッハツェンダ型光変調器、方向性結合型光変調器等の導波路型の光変調器、光偏光器、光アイソレーター、非対称方向性結合器利用光波長フィルタ、第二次高調波発生器（ＳＨＧ）、光増幅器などが挙げられる。
【００２４】
第１、第２又は第３の発明のポリイミドは、非線形材料と組み合わせて、例えば、熱、電気、光等の外部刺激によって応答することができるアクティブ系の光部品の材料として用いることができる。
非線形材料としては、特に制限はなく公知のものを使用することができ、例えば、下記構造の非線形材料を挙げることができる。
【００２５】
【化７】
0003738469.tif 000006
【００２６】
第１、第２又は第３の発明のポリイミドを用いたアクティブ系の光部品に用いる材料は、例えば、前記したポリイミド前駆体であるポリアミド酸の溶液に上記の非線形材料を加えて撹拌等により混合することにより容易に調整することができる。この際、非線形材料の使用量は、ポリイミド前駆体１００重量部に対して０．０１〜１００重量部の範囲とすることが好ましく、０．１〜５０重量部とすることがより好ましく、０．３〜３０重量部とすることが特に好ましい。この使用量が少なすぎても多すぎても、非線形特性、その他の光学特性、機械特性、安定性、作業性等が劣る傾向がある。
【００２７】
以下、本発明のポリイミドを用いた光部品の１例として、ポリイミドと非線形材料とを組み合わせた材料を使用するアクティブ系の光部品について図面を用いて説明する。
図２は、光マトリックススイッチ、光変調器の基本形態を示す模式的な断面図である。
これらの光マトリックスステッチ、光変調器は、（イ）直線型、（ロ）Ｙ分岐型、基本形態として、（ハ）方向性結合器型、（ニ）交差（Ｘ）型、（ホ）分岐干渉型及び（ヘ）バランスブリッジ型に分類することができる。例えば、（イ）直線型のものでは、コア部を光が伝搬し、電極で電圧をかけることにより、コア部の屈折率を変化させて、一定の所望の光学的作動をさせることができる。
光導波路の形成においては、一般的な製膜法、例えば、スピンコート法、浸漬法、ドクターブレード法、ワイヤーバー法、ローラ法、スプレー法等を用いることができる。光導波路のコア材とクラッド材は、光の波長、使用用途に適した屈折率の差が出るように選択すればよい。
【００２８】
前記したアクティブ系における光導波路は、ポリイミド前駆体であるポリアミド酸の溶液と非線形材料を含む材料を、例えば、シリコン基板上にスピンコートし、窒素雰囲気下で加熱処理しポリイミド前駆体溶液をイミド閉環してポリイミドとし、あわせて非線形材料を配向させることによりスイッチングや変調可能な光導波路を形成することができる。例えば、このような光導波路の一態様である方向性結合器型光スイッチの製造について図３を参照しつつ説明する。
図３は、アクティブ光導波路作製工程を説明する断面図である。
図３において、６は基板、７は下部電極、８は下部クラッド層、９はコア層、１０はアルミニウム層、１１はレジスト層、１２は上部クラッド層、１３は上部電極を意味する。
【００２９】
シリコン等の基板６の上にアルミニウム等の下部電極７を蒸着法やスパッタ法等により作製し、次に前記のアクティブ材料からなるコア層９よりも屈折率の小さなポリイミドで構成される下部クラッド層８を形成する。この上に前記アクティブ材料を所定の厚さに塗布し、加熱キュアすることによりコア層９を得る。
次に、蒸着法等によりアルミニウム層１０をつけた後に、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、パターニングされたレジスト層１１を得る。
レジスト層１１により保護されていないアルミニウムをウェットエッチングにより除去した後、アルミニウム層１０で保護されていないコア層９のポリイミド層をドライエッチングにより除去する。
【００３０】
レジスト層１１を剥離後、残ったアルミニウム層１１をウェットエッチングにより除去し、この上に前記下部クラッド層８形成に用いたポリイミドを用いて上部クラッド層１２を形成する。
最後にマスクパターンを通して所定のコア層９の上に上部電極１３を蒸着法やスパッタ法等により形成し方向性結合器型光スイッチが得られる。
【００３１】
前記アクティブ系における光導波路中のコア層に含まれる非線形材料を配向させるには、ポーリング処理等を行えばよい。例えば、電場を印加しながら加熱してイミド閉環によるイミド化を行いながら、同時に非線形材料を配向させることができる。電場の印加方法には、電極を設けて行う方法、コロナ放電で表面を帯電させる方法等が挙げられる。
電場の強さは、１０5V/m以上とすることが好ましく、１０6V/m以上とすることがより好ましい。
また、イミド閉環によるイミド化を行い最終的な構造であるポリイミドとした後に、これに電場を加えてＴｇ以上の温度に加熱して非線形材料を配向させることもできる。導波路は、通常、５〜１５μｍ幅で、１〜４μｍの高さで形成され、パターン間隔は、２〜３μｍ程度である。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
実施例１
１リットルのガラス製の４つ口フラスコを用い、３０ml／分の流量で乾燥窒素を流しながら、パラフェニレンジアミン２９．３６ｇ（０．２７モル）、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１２０．６４ｇ（０．２７モル）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド８５０ｇを加えた。この溶液を、室温で５時間撹拌して粘度５０ポイズのポリイミド前駆体溶液を得た。
この溶液を、表面が酸化シリコン層である直径５インチのシリコンウエハ上にスピンコートし、窒素雰囲気下で７０℃で１時間、１６０℃で１時間、２５０℃で１時間さらに３５０℃で１時間加熱し、膜厚３μｍのポリイミド膜を得た。このポリイミド膜のフッ素含有率を表３に示した。
【００３３】
得られたポリイミド膜のガラス転移温度（Ｔｇ）、多層膜形成時のクラックの発生の有無、屈折率及び光伝送損失を下記の方法で測定し、結果を表３及び表５に示した。
ガラス転移温度（Ｔｇ）：膜をシリコン基板上から剥離した後、パーキンエルマー社製の熱物性測定装置で測定した。
多層膜形成時のクラックの発生の有無：ポリイミド膜を形成したシリコンウエハ上にさらにポリイミド前駆体溶液をスピンコートし、同様な方法でポリイミド膜を形成し、多層膜形成時のクラックの発生の有無を調べた。
屈折率：プリズムカプラモデル２０１０（メトリコン社製）を用いて測定した。
光伝送損失：前記した図１の装置で、検出方法としてプリズムカプラ法を用いて、波長１．３μｍの光を通して測定した。
【００３４】
実施例２〜１７
実施例１における酸無水物成分とアミン成分を表１及び表２に示すものに変え、等モルとしてポリイミド前駆体の溶液を合成した。
実施例１と同様にして、ポリイミド膜を得た。このポリイミド膜のフッ素含有率を表３及び表４に示した。
また、実施例１と同様にして、得られたポリイミド膜のガラス転移温度（Ｔｇ）、多層膜形成時のクラックの発生の有無、屈折率及び光伝送損失を測定し、結果を表３、表４、表５及び表６に示した。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
【表２】
0003738469.tif 000008
【００３７】
表１及び表２に示した酸無水物成分とアミン成分は、以下のとおりである。
６ＦＤＡ：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
ＰＭＤＡ：ピロメリット酸二無水物
Ｓ−ＢＰＤＡ：３，３′，４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
ＯＤＰＡ：３，３′，４，４′−ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物
ＰＰＤ：パラフェニレンジアミン
ＡＦ−Ａ：２，２−ビス｛４−（４−アミノフェノキシ）フェニル｝ヘキサフルオロプロパン
ＤＤＥ：４，４′−ジアミノジフェニルエーテル
ＤＤＳ：４，４′−ジアミノジフェニルスルファイト
ＭＰＤ：メタフェニレンジアミン
Ａ−ＡＦ：２，２′−ビス（４−アミノフェニル）ヘキサフルオロプロパン
８ＦＢＰＤＡ：４，４′−ビス（４−アミノフェノキシ）オクタフルオロビフェニル
３，３′−ＤＳＦ：３，３′−ジアミノジフェニルスルフォン
ＤＳＦ：４，４′−ジアミノジフェニルスルフォン
ＢＡＰＰ：２，２′−ビス（４−アミノフェノキシフェニル）プロパン
ＢＡＰＢ：４，４′−ビス（４−アミノフェノキシ）ビフェニル
【００３８】
【表３】
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【００３９】
【表４】
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【００４０】
【表５】
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【００４１】
【表６】
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【００４２】
比較例１〜４
実施例１における酸無水物成分及びジアミン成分を表７に示すものに変えた以外は、実施例１と同様にして、ポリイミド膜を得た。このポリイミド膜のフッ素含有率を表８に示した。
また、実施例１と同様にして、得られたポリイミド膜のガラス転移温度（Ｔｇ）、多層膜形成時のクラックの発生の有無、屈折率及び光伝送損失を測定し、結果を表８及び表９に示した。
【００４３】
【表７】
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【００４４】
表７に示した酸無水物成分とアミン成分は、以下のとおりである。
ＴＰＤＡ：パラ−ターフェニル−３，４，３″，４″−テトラカルボン酸二無水物
ＴＦＤＢ：２，２′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノビフェニル
ｍＡＰＰＳ：ビス｛４−（３−アミノフェノキシ）フェニル｝スルフォン
【００４５】
【表８】
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【００４６】
【表９】
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【００４７】
実施例１８
光部品の一つであるパッシブ系の光導波路の製造法を図４に示す。
シリコンウエハ基板１４に５インチのシリコンウエハを用い、この上に下層クラッド１５として、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）を、溶媒として、ピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）と４，４′−ジアミノジフェニルエーテル（ＤＤＥ）からなる、樹脂分濃度１５重量％、粘度５０dPa・sのポリアミド酸溶液をスピン塗布し、乾燥器で１００℃で３０分加熱し、次いで、２００℃で３０分加熱し、次いで、３５０℃で６０分加熱して硬化を行い膜厚１０μｍのポリイミド膜を形成した。波長１３００nmでのこの膜の屈折率は、１．６７７であった。
この膜の上にコア層１６として、ＤＭＡＣを、溶媒として、３，３′，４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ＢＰＤＡ）と１，４−フェニレンジアミン（ＰＰＤ）からなる、樹脂分濃度１５重量％、粘度５０dPa・sのポリアミド酸溶液をスピン塗布し、同上の条件で硬化を行い膜厚１５μｍのポリアミド膜を形成した。この膜の屈折率は１．７８１であった。
【００４８】
次に、レジストとして、ＲＵ−１６００Ｐ（日立化成工業株式会社製）を用いて、スピン塗布、１００℃で乾燥後、水銀ランプで露光、現像を行い、このレジストパターン１７を、マスクとして、酸素でリアクティブイオンエッチング（Ｏ2−ＲＩＥ）を行い、光導波路の所定のパターンを残すようにエッチングを行い 、レジストを剥離後に、さらにこの上に上層クラッド１８としてＰＭＤＡとＤＤＥからなるポリアミド酸を、硬化後の膜厚が２０μｍとなるようにスピン塗布、硬化を行い、縦１５μｍ×横１５μｍ×長さ１０cmの直線光導波路を形成した。
【００４９】
この光導波路の光の損失を調べるために、シリコンウエハの両端をダイシング装置で切断して試料を作製した。光損失の測定法を図２に示す。
切断した光導波路の端面に、石英の光ファイバー１９のコアが一致するように合わせ、波長１３００nmの光を入射し、光導波路内を透過して反対側の端面から出る光を、光センサー２０で検出する。
試料の長さを５cmと１０cmのものを作製し、光の減衰の傾きから光導波路の損失を求めたところ、光損失は０．６dB/cmであった。
【００５０】
実施例１９
実施例１８と同様にして、下層及び上層クラッドとし、ＰＭＤＡとＰＰＤからなるポリイミドを、コア層としてＢＰＤＡと１，４−ジアミノジフェニルスルフィド（ＤＤＳ）からなるポリイミドを用いて、光損失を測定したところ、光損失は０．８dB/cmであった。ＢＰＤＡとＤＤＳからなるポリイミドの波長１３００nmにおける屈折率は１．６９４であった。
【００５１】
比較例５
実施例１と同様にして、下層及び上層クラッドとし、フッ素を含むテトラカルボン酸二無水物の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酸二無水物（６ＦＤＡ）と２，２′−ビス（４−アミノフェニル）ヘキサフルオロプロパン（６ＦＤＡＭ）からなるポリイミドを用い、コア層には、ＢＰＤＡと６ＦＤＡＭからなるポリイミドを用いて、光導波路を作製したところ、光導波路部にクラックの発生が認められた。
【００５２】
比較例６
実施例１と同様にして、下層及び上層クラッドとし、ＰＭＤＡとＤＤＥからなるポリイミドを用い、コア層用として、ＢＰＤＡと１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン（ＴＰＥ）からなるポリイミドを用いて、光導波路を作製し、光損失を測定したところ、１．８dB/cmであった。この光損失は、値が大きく 、光導波路として用いることは困難である。また、このコア層の膜の屈折率は１．６９４であった。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１におけるポリイミドは、透明性及び等方性に優れる。
請求項２におけるポリイミドは、透明性及び耐クラック性に優れる。
請求項３におけるポリイミドは、透明性、等方性及び耐クラック性に優れる。
請求項４におけるポリイミドは、請求項１、２又は３におけるポリイミドの奏する効果に加えて、さらに、耐熱性、透明性、合成容易性に優れる。
請求項５における光部品は、光学特性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プリズムを載せた光伝送損失測定用基板の模式的な断面図である。
【図２】光マトリックススイッチ、変調器の基本形態を示す模式的な断面図である。
【図３】アクティブ光導波路作製工程を説明する断面図である。
【図４】光導波路の作製法を示す模式図である。ここで、（ａ）基板、（ｂ）下層クラッドおよびコア層の形成、（ｃ）レジストパターンの形成、（ｄ）ＲＩＥによるコアパターンの形成、（ｅ）レジスト除去及び（ｆ）上層クラッドの形成を示す。
【図５】光導波路の光損失測定機の模式図である。
【符号の説明】
１   シリコン基板
２   酸化シリコン
３   ポリイミド膜
４   プリズム
５   入射光線
６   基板
７   下部電極
８   下部クラッド層
９   コア層
１０  アルミニウム層
１１  レジスト層
１２  上部クラッド層
１３  上部電極
１４  シリコンウエハ基板
１５  下層クラッド層
１６  コア層
１７  レジストパターン
１８  上層クラッド層
１９  光ファイバー
２０  光センサー
【図１】
0003738469.tif 000018
【図２】
0003738469.tif 000019
【図３】
0003738469.tif 000020
【図４】
0003738469.tif 000021
【図５】
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