JPH06347658A - プラスチック光導波路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 作製時や作製後の温度変化により生じる熱歪
みが小さくなるようなプラスチック光導波路を提供す
る。 【構成】 熱膨張係数が１×１０^-5℃^-1以上のプラスチ
ックを用いた光導波路において、該光導波路の作製基板
が、１×１０^-5℃^-1以上の熱膨張係数を有しているプラ
スチック光導波路。好適なプラスチックとしてはポリイ
ミド、特にフッ素化ポリイミドがある。好適な作製基板
としては、アルミニウム、銅等の金属板、及びこれらを
含む合金板、ポリイミド等の樹脂基板、あるいはこれら
が基板上に形成されている基板、ポリイミドフィルム等
のフレキシブルプリント基板がある。 【効果】 はく離やクラックがなく、信頼性の高いプラ
スチック光導波路を高い歩留りで提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラスチックを用いた光
導波路に関する。

【０００２】

【従来の技術】低損失光ファイバの開発による光通信シ
ステムの実用化に伴い、種々の光通信用部品の開発が望
まれている。またこれら光部品を高密度に実装する光配
線技術、特に光導波路技術の確立が望まれている。低損
失な光導波路としてはこれまで石英系が主に検討されて
いる。光ファイバで実証済みのように石英は光透過性が
極めて良好であるため導波路とした場合も波長１．３μ
ｍにおいて０．１ｄＢ／ｃｍ以下の低損失化が達成され
ている。一方、近年になって大面積化可能、製造の容易
性等の長所を活かしたポリメチルメタクリレート（ＰＭ
ＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（Ｐ
Ｃ）、ポリイミド（ＰＩ）等のプラスチック光導波路が
検討されている。通常これらの光導波路の基板としては
汎用性が高い、半導体部品とのマッチングが良い、
表面の平滑性に優れる等の理由からシリコン基板が用
いられる。しかし、多くのこれら光導波路用プラスチッ
クの熱膨張係数（１０^-4〜１０^-5℃^-1程度）はシリコン
（２×１０^-6℃^-1）と比較して大きい。そのためにシリ
コン基板上に作製したプラスチック光導波路、特に高弾
性のポリイミドを材料に用いた光導波路では作製時の熱
処理や作製後の温度変化により熱歪みを生じ、基板から
はく離したり、光導波路の特性が変化してしまう場合が
ある。特に埋め込み型シングルモード光導波路では光損
失を低減するために十分な厚さのクラッド層が必要とな
る。また大口径のマルチモード光導波路でもコア径の増
大に伴って光導波路層の膜厚を厚くする必要がある。し
かし、従来のシリコン基板を用いたプラスチック光導波
路の作製方法では光導波路層の膜厚が増大するに伴っ
て、熱膨張係数の差に基づく熱歪みも大きくなるため、
膜厚に制限があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術で示したよ
うにシリコン基板上で作製したプラスチック光導波路で
はプラスチックとシリコンの熱膨張係数の差に基づく熱
歪みが生じる場合があった。本発明は上記事情にかんが
みてなされたものであり、作製時や作製後の温度変化に
より生じる熱歪みが小さくなるようなプラスチック光導
波路を提供することを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明を概説すれば、本
発明はプラスチック光導波路に関する発明であって、熱
膨張係数が１×１０^-5℃^-1以上のプラスチックを用いた
光導波路において、該光導波路の作製基板が、１×１０
^-5℃^-1以上の熱膨張係数を有していることを特徴とす
る。

【０００５】以下、本発明を具体的に説明する。プラス
チック光導波路の構造としては、例えば平面型、スラブ
型、リッジ型、レンズ型、埋め込み型を挙げることがで
きる。

【０００６】本発明においては、作製基板として熱膨張
係数が１×１０^-5℃^-1以上の熱膨張係数を有する基板を
用いるが、そのような作製基板としては、アルミニウ
ム、銅等の熱膨張係数が１×１０^-5℃^-1以上の金属板、
及びこれらを含む合金、又はポリイミド成形品等の樹脂
基板、又は種々の基板上に熱膨張係数が１×１０^-5℃^-1
以上の上記材料が形成されている基板、又はポリイミド
フィルム等のフレキシブルプリント基板等を例示するこ
とができる。なお、アルミニウム合金に関しては、入手
の容易性、取扱いやすい形状の理由より、磁気ディスク
用のアルミニウム合金を用いることができる。特に合金
組成にはこだわらない。好適な作製基板の例としては、
表面をニッケルリンメッキした後、研磨したアルミニウ
ム合金板、あるいは表面を研磨したポリイミド成形板が
挙げられる。

【０００７】また、光導波路材料としてはポリメチルメ
タクリレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリ
イミド等の熱膨張係数が１×１０^-5℃^-1以上のプラスチ
ックが使用できるが、耐熱性の観点からポリイミドが好
適であり、更に光透過性の観点からフッ素化ポリイミド
が好適である。このようにして熱歪みの小さなプラスチ
ック光導波路が提供できる。

【０００８】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明
する。本発明の平面型プラスチック光導波路を製造する
方法は、１例として図１に示した工程を経て実現でき
る。図１において符号１は基板、２は光導波路層を意味
する。熱膨張係数が１×１０^-5℃^-1以上の基板１に光導
波路層となる樹脂溶液又は樹脂の前駆体溶液を塗布した
後、脱溶媒等の熱処理を行い、光導波路層２を形成す
る。基板材料及び光導波路材料として既述のものを使用
し、前記の操作により、基板上に熱歪みの小さな平面型
プラスチック光導波路が作製できる。

【０００９】次に本発明でスラブ型プラスチック光導波
路を製造する方法は１例として図２に示した工程を経て
実現できる。図２において符号１は図１と同義、３は下
部クラッド層、４はコア層、５は上部クラッド層を意味
する。熱膨張係数が１×１０^-5℃^-1以上の基板１にクラ
ッドとなる樹脂溶液又は樹脂の前駆体溶液を塗布した
後、脱溶媒等の熱処理を行い、下部クラッド層３を形成
する。次に下部クラッド層３の上にコア層となる樹脂溶
液又は樹脂の前駆体溶液を塗布した後、脱溶媒等の熱処
理を行い、コア層４を形成する。この上から再びクラッ
ド層となる樹脂溶液を塗布した後、熱処理を行い、上部
クラッド層５を形成する。このようにして基板上に熱歪
みの小さなスラブ型プラスチック光導波路が作製でき
る。

【００１０】次に本発明でリッジ型プラスチック光導波
路を製造する方法は１例として図３に示した工程を経て
実現できる。図３において符号１及び２は図１と同義、
６はマスク層を意味する。熱膨張係数が１×１０^-5℃^-1
以上の基板上に光導波路層となる樹脂溶液又は樹脂の前
駆体溶液を塗布した後、脱溶媒等の熱処理を行い、光導
波路層２を形成する。次にマスク層を形成し、これをフ
ォトレジスト等を用いたフォトリソグラフィによりパタ
ーニングされたマスク層６を得る。次にこのマスク層６
をマスクとして光導波路層２を酸素プラズマによるドラ
イエッチングや、エッチング液によるウェットエッチン
グにより加工する。ここで光導波路層２のエッチングを
行うためにマスクとして上記アルミニウムのような金属
マスクを用いる代りに、シリコン酸化膜や耐酸素プラズ
マ性のレジストを用いてもよい。この後、マスク層６を
はく離液やドライエッチング等により除去する。このよ
うにして基板上にリッジ型プラスチック光導波路が作製
できる。

【００１１】また、図４に示すように、図２において光
導波路層２を形成する前に下部クラッドとなる樹脂溶液
又は樹脂の前駆体溶液を塗布した後、脱溶媒等の熱処理
を行い、下部クラッド層３を形成した後コア層４を形成
し、更にこの後、図３の光導波路層形成後と同様の作製
工程を行うことで基板上に下部クラッド層を有するリッ
ジ型プラスチック光導波路が作製できる。なお、図４に
おける各符号は、図２、図３と同義である。

【００１２】次に本発明で図５に示すような埋め込み型
プラスチック光導波路を製造する方法は以下に示した工
程を経て実現できる。図５において符号は図２と同義で
ある。まず、図４で説明したように基板上に下部クラッ
ド層を有するリッジ型プラスチック光導波路を作製し、
この上から再びクラッド層となる樹脂溶液を塗布した
後、熱処理を行い、上部クラッド層５を形成する。この
ようにして基板上に熱歪みの小さな埋め込み型プラスチ
ック光導波路が作製できる。

【００１３】

【実施例】引続いていくつかの実施例を用いて本発明を
更に詳しく説明する。なお種々の光導波路材料と基板の
組合せにより数限りない本発明のプラスチック光導波路
が製造できることは明らかであり、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。本実施例に用いた
ポリイミド、及びポリイミド共重合体の構造（それらの
原料となるモノマーの酸二無水物とジアミンで示し
た）、熱分解温度、屈折率、及び平均熱膨張係数を表１
に示した。

【００１４】

【表１】

【００１５】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 Ｐ３ＦＤＡ：トリフルオロメチルピロメリット酸二無水
物 Ｐ６ＦＤＡ：１，４−ビス（トリフルオロメチル）ピロ
メリット酸二無水物 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 ４，４′−６Ｆ：２，２−ビス（４−アミノフェニル）
ヘキサフルオロプロパン ＤＰＴＰ：４，４″−ジアミノ−ｐ−テルフェニル ＤＭＤＢ：２，２′−ジメチル−４，４′−ジアミノビ
フェニル

【００１６】熱分解温度は窒素気流下、１０℃／分の速
度で昇温したときの１０ｗｔ％重量減少時の温度で示し
た。屈折率はアッベ型屈折計を用いて、２３℃における
波長５８９ｎｍでの屈折率で示した。平均熱膨張係数は
幅５ｍｍ、膜厚約１５μｍのポリイミドフィルムを試料
とし、熱機械試験機を用いて、窒素雰囲気中、荷重３
ｇ、引張モード、５℃／分で昇温したときの５０〜３０
０℃の範囲での平均値で示した。なお、表１において番
号１及び９〜１３は単一組成のポリイミド、番号２〜８
はポリイミド共重合体である。

【００１７】実施例１ 表面を研磨した直径３．５インチ、厚さ０．８ｍｍの磁
気ディスク用のアルミニウム合金を基板としてこの上に
表１の番号１のポリイミドの前駆体であるポリアミド酸
のＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド１５ｗｔ％溶液を加熱
後の膜厚が８０μｍになるようにスピンコート法により
塗布した。この塗膜を最高３５０℃で熱処理をして光導
波路層を形成した。最後に基板上の光導波路の両端を基
板と共にバンドソーで切断して入出射面を加工した。こ
のようにしてアルミニウム合金上にポリイミドを用いた
平面型光導波路が得られた。この光導波路は基板との熱
歪みが小さいために作製後１０日以上室温で放置しても
基板からのはく離は生じなかった。

【００１８】実施例２〜１３ 実施例１において使用した表１の番号１のポリイミドの
前駆体であるポリアミド酸のジメチルアセトアミド１５
ｗｔ％溶液の代りに表１の番号２〜８から選ばれたポリ
イミド又はポリイミド共重合体の前駆体であるポリアミ
ド酸のＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド１５ｗｔ％溶液を
用いて実施例１と同様の方法で、磁気ディスク用のアル
ミニウム合金上にポリイミドを用いた平面型光導波路が
得られた（表２）。これらの光導波路は基板との熱歪み
が小さいために作製後１０日以上室温で放置しても基板
からのはく離は生じなかった。

【００１９】

【表２】

【００２０】実施例１４ 実施例１において使用したアルミニウム合金の代りに直
径３インチ、厚さ１０ｍｍのポリイミド成形板〔ユピモ
ール−Ｒ、宇部興産（株）〕を基板として用い、実施例
１と同様の方法で、ポリイミド成形基板上にポリイミド
を用いた平面型光導波路が得られた（表２）。これらの
光導波路は基板との熱歪みが小さいために作製後１０日
以上室温で放置しても基板からのはく離は生じなかっ
た。

【００２１】実施例１５ 表面を研磨した直径３．５インチ、厚さ０．８ｍｍの磁
気ディスク用のアルミニウム合金を基板としてこの上に
表１の番号１のポリイミドの前駆体であるポリアミド酸
のＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド１５ｗｔ％溶液を加熱
後の膜厚が５０μｍになるようにスピンコート法により
塗布した。この塗膜を最高３５０℃で熱処理をして下部
クラッド層を形成した。引続いてこの下部クラッド層上
に表１の番号２のポリイミド共重合体の前駆体であるポ
リアミド酸のＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド１５ｗｔ％
溶液を加熱後の膜厚が１０μｍになるようにスピンコー
ト法により塗布した。この塗膜を最高３５０℃で熱処理
をしてコア層を形成した。更にこのコア層上に下部クラ
ッド層と同じポリイミドの前駆体であるポリアミド酸の
Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド１５ｗｔ％溶液を加熱後
の膜厚が５０μｍになるようにスピンコート法により塗
布した。この塗膜を最高３５０℃で熱処理をして上部ク
ラッド層を形成した。最後に基板上の光導波路の両端を
基板と共にバンドソーで切断して入出射面を加工した。
このようにしてアルミニウム合金上にポリイミドを用い
たスラブ型光導波路が得られた。この光導波路は基板と
の熱歪みが小さいために作製後１０日以上室温で放置し
ても基板からのはく離は生じなかった。

【００２２】実施例１６〜２４ 実施例１５において下部クラッド層、及び上部クラッド
層として使用した表１の番号１のポリイミドの前駆体で
あるポリアミド酸のＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド１５
ｗｔ％溶液の代りに表１の番号２〜８から選ばれたポリ
イミド共重合体の前駆体であるポリアミド酸のＮ，Ｎ−
ジメチルアセトアミド１５ｗｔ％溶液を用い、またコア
層として使用した表１の番号２のポリイミド共重合体の
前駆体であるポリアミド酸のＮ，Ｎ−ジメチルアセトア
ミド１５ｗｔ％溶液の代りに表１の番号２〜８から選ば
れた下部クラッド層より屈折率の大きいポリイミド共重
合体の前駆体であるポリアミド酸のＮ，Ｎ−ジメチルア
セトアミド１５ｗｔ％溶液を用いて実施例１５と同様の
方法で、アルミニウム合金上にポリイミドを用いたスラ
ブ型光導波路が得られた（表３）。これらの光導波路は
基板との熱歪みが小さいために作製後１０日以上室温で
放置しても基板からのはく離は生じなかった。

【００２３】

【表３】

【００２４】実施例２５ 表面を研磨した直径３．５インチ、厚さ０．８ｍｍのア
ルミニウム合金を基板としてこの上に表１の番号１のポ
リイミドの前駆体であるポリアミド酸のＮ，Ｎ−ジメチ
ルアセトアミド１５ｗｔ％溶液を加熱後の膜厚が５０μ
ｍになるようにスピンコート法により塗布した。この塗
膜を最高３５０℃で熱処理をして光導波路層を形成し
た。次に電子ビーム蒸着機により膜厚０．３μｍのアル
ミニウム層を形成した。次にポジ型フォトレジストをス
ピンコート法により塗布した後９５℃プレベークを行っ
た。次に線幅５０μｍ、長さ６０ｍｍのフォトマスクと
超高圧水銀ランプを用いてレジストに紫外線を照射した
後、ポジ型レジスト用の現像液を用いて現像した。次に
このパターニングされたレジストをマスクとしてアルミ
ニウム層のウェットエッチングを行い、アルミニウムの
パターニングを行った。洗浄乾燥後、このパターニング
されたアルミニウムをマスクとして平行平板型ドライエ
ッチング装置を用いて酸素によるコア層のエッチングを
行った。エッチング終了後、コア上部に残ったアルミニ
ウムを除去した。この塗膜を最高３５０℃で熱処理をし
て光導波路層を形成した。最後に基板上に光導波路の両
端を基板と共にバンドソーで切断して入出射面を加工し
た。このようにしてアルミニウム合金上にポリイミドを
用いたリッジ型光導波路が得られた。この光導波路は基
板との熱歪みが小さいために作製後１０日以上室温で放
置しても基板からのはく離は生じなかった。

【００２５】実施例２６〜２９ 実施例２５において使用した表１の番号１のポリイミド
の前駆体であるポリアミド酸のＮ，Ｎ−ジメチルアセト
アミド１５ｗｔ％溶液の代りに表１の番号２〜８から選
ばれたポリイミド又はポリイミド共重合体の前駆体であ
るポリアミド酸のＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド１５ｗ
ｔ％溶液を用いて実施例２５と同様の方法で、アルミニ
ウム合金上にポリイミドを用いたリッジ型光導波路が得
られた（表４）。これらの光導波路は基板との熱歪みが
小さいために作製後１０日以上室温で放置しても基板か
らのはく離は生じなかった。

【００２６】

【表４】

【００２７】実施例３０ 実施例２６において光導波路層を形成する前に表１の番
号１のポリイミド共重合体の前駆体であるポリアミド酸
のＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド１５ｗｔ％溶液を加熱
後の膜厚が５０μｍになるようにスピンコート法により
塗布した。この塗膜を最高３５０℃で熱処理をして下部
クラッド層を形成した。この上に表１の番号２のポリイ
ミド共重合体の前駆体であるポリアミド酸のＮ，Ｎ−ジ
メチルアセトアミド１５ｗｔ％溶液を加熱後の膜厚が１
０μｍになるようにスピンコート法により塗布した。こ
の塗膜を最高３５０℃で熱処理をして光導波路層を形成
した。この後、実施例２６において使用した線幅５０μ
ｍ、長さ６０ｍｍのフォトマスクの代りに線幅１０μ
ｍ、長さ６０ｍｍのフォトマスクを用いて実施例２６と
同様の方法を行うことで、アルミニウム合金上にポリイ
ミドを用いた下部クラッド層とコア層からなるリッジ型
光導波路が得られた。これらの光導波路は基板との熱歪
みが小さいために作製後１０日以上室温で放置しても基
板からのはく離は生じなかった。

【００２８】実施例３１〜３６ 実施例３０において下部クラッド層として使用した表１
の番号１のポリイミドの前駆体であるポリアミド酸の
Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド１５ｗｔ％溶液の代りに
表１の番号２〜８から選ばれたポリイミド共重合体の前
駆体であるポリアミド酸のＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミ
ド１５ｗｔ％溶液を用い、またコア層として使用した表
１の番号２のポリイミド共重合体の前駆体であるポリア
ミド酸のＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド１５ｗｔ％溶液
の代りに表１の番号２〜８から選ばれた下部クラッド層
より屈折率の大きいポリイミド共重合体の前駆体である
ポリアミド酸のＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド１５ｗｔ
％溶液を用いて実施例３０と同様の方法で、アルミニウ
ム合金上にポリイミドを用いた下部クラッド層とコア層
からなるリッジ型光導波路が得られた（表５）。これら
の光導波路は基板との熱歪みが小さいために作製後１０
日以上室温で放置しても基板からのはく離は生じなかっ
た。

【００２９】

【表５】

【００３０】実施例３７〜４３ 実施例３０〜３６において作製した下部クラッド層を有
するリッジ型光導波路の上に下部クラッド層と同じポリ
イミド又はポリイミド共重合体の前駆体であるポリアミ
ド酸のＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド１５ｗｔ％溶液を
加熱後の膜厚が５０μｍになるようにスピンコート法に
より塗布した。この塗膜を最高３５０℃で熱処理をして
上部クラッド層を形成した。最後に基板上の光導波路の
両端を基板と共にバンドソーで切断して入出射面を加工
した。このようにしてアルミニウム合金上にポリイミド
を用いた埋め込み型光導波路が得られた（表６）。この
光導波路は基板との熱歪みが小さいために作製後１０日
以上室温で放置しても基板からのはく離は生じなかっ
た。

【００３１】

【表６】

【００３２】比較例１ 実施例３７において基板として用いたアルミニウム合金
の代りに直径３インチ、厚さ０．３８ｍｍのシリコン基
板を用いて実施例３７と同様の方法でシリコン基板上に
ポリイミドを用いた埋め込み型光導波路を作製した。こ
の光導波路は作製終了してから１０日後にポリイミドと
シリコンの熱膨張係数の差に基づく大きな熱歪みにより
基板とのはく離が生じた。

【００３３】

【発明の効果】本発明の光導波路は、プラスチック光導
波路において熱歪みを小さくできることからはく離やク
ラックがなく、信頼性の高いプラスチック光導波路を高
い歩留りで提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の平面型プラスチック光導波路を製造す
る方法の１例を示す工程図である。

【図２】本発明のスラブ型プラスチック光導波路を製造
する方法の１例を示す工程図である。

【図３】本発明のリッジ型プラスチック光導波路を製造
する方法の１例を示す工程図である。

【図４】本発明のリッジ型プラスチック光導波路を製造
する方法の他の例を示す工程図である。

【図５】本発明の埋め込み型プラスチック光導波路の１
例の構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１：基板、２：光導波路層、３：下部クラッド層、４：
コア層、５：上部クラッド層、６：マスク層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 慎治 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱膨張係数が１×１０^-5℃^-1以上のプラ
   スチックを用いた光導波路において、該光導波路の作製
   基板が、１×１０^-5℃^-1以上の熱膨張係数を有している
   ことを特徴とするプラスチック光導波路。
2. 【請求項２】 該光導波路の作製基板が、金属板、又は
   該金属を含む合金板である請求項１に記載のプラスチッ
   ク光導波路。
3. 【請求項３】 該光導波路の作製基板が、樹脂成形板で
   ある請求項１に記載のプラスチック光導波路。