JP2005017429A - 光導波路の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】幅方向断面形状が実質的に円形状のコア層を、均一かつ精度よく形成することができ、信頼性の高い光導波路を製造することができる、光導波路の製造方法を提供すること。
【解決手段】第２下部クラッド層３に幅方向断面が実質的に半円形状となる凹部４が形成されている下部クラッド層１を用意して、その凹部４に感光性樹脂８を充填する。次いで、感光性樹脂８を、凹部４の幅方向中央から対称に形成され、段階的に光透過率が増加または減少するグラデーションマスクからなるフォトマスク３１を用いて露光した後、露光された感光性樹脂８を現像することにより、幅方向断面が実質的に円形状のコア層５を形成し、そのコア層５を被覆する上部クラッド層６を形成する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路の製造方法に関し、詳しくは、複数の光デバイスの間を光接続するための光導波路の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、低コスト化および量産性の観点から、複数の光デバイスの間を光接続するための光導波路を、高分子材料から形成することが検討されている。
【０００３】
高分子材料からなる光導波路は、ドライプロセスにより形成することができるが、レジスト層の形成や一方向からのドライエッチングなどの製造工程上の制限から、通常、コア層は、断面方形として製造されている。
【０００４】
しかし、光導波路の接続対象の１つである光ファイバーが断面円形であることや、導波される光が円形であることなどから、コア層は、断面円形であることが望ましく、そのため、例えば、コア層の断面形状が半円状の第１の高分子光導波路と、コア層の断面形状が半円状の第２の高分子光導波路とを形成し、これらを互いのコア層が対向するようにして重ね合わせることにより、コア層の断面形状が円形となる光導波路を製造することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−５６１４８号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、特許文献１に記載される方法では、第１の高分子光導波路と第２の高分子光導波路とを、互いのコア層が対向するよう重ね合わせるため、アライメントにおいて厳しい精度が要求される。すなわち、光導波路では、たとえ、１μｍ程度の位置ずれであっても、光をカップリングさせる上では致命的となるため、非常に高いレベルのアライメント精度が要求される。その一方、第１の高分子光導波路と第２の高分子光導波路とを、そのような非常に高いレベルでアライメントすることは、非常に困難である。
【０００６】
また、光導波路のコア層には、光学的な対称性や、材料の異方性がないことが要求されるが、その一方で、第１の高分子光導波路と第２の高分子光導波路とを重ね合わせると、コア層の内部に界面が生じ、光学的な信頼性を損なうおそれがある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、幅方向断面形状が実質的に円形状のコア層を、均一かつ精度よく形成することができ、信頼性の高い光導波路を製造することのできる、光導波路の製造方法を提供することある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光導波路の製造方法は、下部クラッド層と上部クラッド層との間に、長手方向に直交する幅方向断面が実質的に円形状のコア層が介在される光導波路の製造方法であって、幅方向断面が実質的に半円形状である凹部を有する前記下部クラッド層を用意する工程、前記凹部に感光性樹脂を充填する工程、前記凹部の幅方向中央から対称に段階的に光透過率が増加または減少するフォトマスクを用いて、前記感光性樹脂を露光する工程、露光された前記感光性樹脂を現像することにより、幅方向断面が実質的に円形状のコア層を形成する工程、前記コア層を被覆する上部クラッド層を形成する工程を備えていることを特徴としている。
【０００９】
この方法によれば、下部クラッド層の凹部に充填された感光性樹脂が、フォトマスクによって、凹部の幅方向中央から対称に、光が段階的に増加または減少するようにして露光され、次いで、現像されることにより、幅方向断面が実質的に円形状のコア層が形成される。そのため、この方法では、幅方向断面形状が実質的に円形状のコア層を、界面がなく、均一かつ精度よく形成することができる。その結果、信頼性の高い光導波路を製造することができる。
【００１０】
また、本発明の光導波路の製造方法では、前記下部クラッド層を用意する工程が、幅方向において対称に段階的に光透過率が増加または減少するフォトマスクを用いて、感光性樹脂を露光する工程、および、露光された前記感光性樹脂を現像することにより、幅方向断面が実質的に半円形状となる凹部を形成する工程を備えていることが好適である。
【００１１】
この方法によれば、感光性樹脂が、フォトマスクによって、幅方向において対称に、光が段階的に増加または減少するようにして露光され、次いで、現像されることにより、その感光性樹脂に、幅方向断面が実質的に半円形状となる凹部が形成される。そのため、幅方向断面形状が実質的に円形状のコア層を、より精度よく形成することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の光導波路の製造方法の一実施形態を示す製造工程図である。この方法では、まず、幅方向（光導波路１１の長手方向に直交する方向、以下同じ）断面が実質的に半円形状である凹部４を有する下部クラッド層１を用意する。
【００１３】
幅方向断面が実質的に半円形状である凹部４を有する下部クラッド層１は、図１（ａ）に示すように、まず、第１下部クラッド層２の上に、第２下部クラッド層３が積層される下部クラッド層１を用意して、この下部クラッド層１の第２下部クラッド層３に、図１（ｂ）に示すように、幅方向断面が実質的に半円形状となる凹部４を形成することにより、用意することができる。
【００１４】
第１下部クラッド層２および第２下部クラッド層３を形成する材料としては、特に制限されないが、耐熱性および透明性の観点から、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、これらのフッ素化樹脂や重水素化樹脂などが用いられる。
【００１５】
なお、第１下部クラッド層２および第２下部クラッド層３は、同一の材料から形成してもよく、また、異なる材料から形成してもよい。これら第１下部クラッド層２および第２下部クラッド層３を形成する材料としては、好ましくは、後述する感光性ポリイミド樹脂、さらに好ましくは、後述する感光性フッ素化ポリイミド樹脂が用いられる。
【００１６】
第１下部クラッド層２は、上記した材料を長手方向に延びる平板状に成形することにより、形成することができる。
【００１７】
また、第１下部クラッド層２は、合成石英ガラスや酸化膜付きのシリコンウエハなどの基板として用意することもできる。
【００１８】
なお、第１下部クラッド層２の厚みは、例えば、１〜５０μｍであり、上記した基板として用意する場合には、３００μｍ〜５ｍｍが好ましい。
【００１９】
第１下部クラッド層２の上に、第２下部クラッド層３を積層するには、第１下部クラッド層２の上に、上記した材料を含む溶液を、例えば、キャスティング、スピンコートなどによって、塗布し、乾燥して、均一な厚みとして、第２下部クラッド層３を形成すればよい。また、予め長手方向に延びる平板状に形成した第２下部クラッド層３を、第１下部クラッド層２の上に、加圧または加熱圧着することにより、形成してもよい。
【００２０】
なお、第２下部クラッド層３の厚みは、例えば、１〜５０μｍ、好ましくは、５〜３０μｍである。
【００２１】
次いで、下部クラッド層１の第２下部クラッド層３に、幅方向断面が実質的に半円形状となる凹部４を形成する。
【００２２】
凹部４は、特に制限されず、第２下部クラッド層３の形成と同時またはその後に、例えば、転写型を用いたプレス加工、モールディング加工、ウエットエッチング法、露光および現像によるパターンニング法など、適宜公知の方法を用いて、形成することができる。これらのうち、露光および現像によるパターンニング法を用いれば、凹部４を精度よく半円形状に形成することができる。
【００２３】
すなわち、露光および現像によるパターンニング法では、まず、図２（ａ）に示すように、第１下部クラッド層２の上に、上記した材料の感光性樹脂７、例えば、感光性ポリイミド樹脂、感光性ポリアミド樹脂、感光性シリコーン樹脂、感光性エポキシ樹脂、これらの感光性フッ素化樹脂や感光性重水素化樹脂を含む溶液を塗布し、乾燥して、均一な厚みとする。
【００２４】
次いで、図２（ｂ）に示すように、例えば、感光性樹脂７をネガ型パターンで形成する場合には、光導波路１１の幅方向において対称に形成され、段階的に光透過率が増加するフォトマスク３１を、第１下部クラッド層２の上に塗布された感光性樹脂７の上に、そのフォトマスク３１の中央が、形成される凹部４の幅方向中央となるように配置し、その後、このフォトマスク３１を介して、感光性樹脂を露光する。
【００２５】
このフォトマスク３１は、図３に示すように、その幅方向中央が最も光透過率が低い第１マスクライン３２ａ（例えば、光透過率０％）として形成され、その第１マスクライン３２ａの幅方向両側に、対称に、光透過率が順次増加するように、第２マスクライン３２ｂ（例えば、光透過率５〜３５％）、第３マスクライン３２ｃ（例えば、光透過率３５〜６５％）、第４マスクライン３２ｄ（例えば、光透過率６５〜９５％）、第５マスクライン３２ｅ（例えば、光透過率１００％）が、順次形成されている。各マスクライン３２は、光導波路１１の長手方向に沿って延びるように形成されている。
【００２６】
このようなフォトマスク３１は、グラデーションマスク（ハーフトーンマスク）として、公知の方法、例えば、合成石英ガラスにクロムなどの金属薄膜を均一に蒸着し、その後、レーザにより光透過率が段階的に変化する各マスクライン３２が形成されるように、エッチング加工することによって、形成することができる。
【００２７】
なお、図３に示すフォトマスク３１は、例えば、凹部４を、直径６μｍφとして形成する場合の、少なくとも５段階（すなわち、第１マスクライン３２ａ〜第５マスクライン３２ｅ）のグラデーションマスクとして例示されているが、各マスクライン３２の幅、光透過率および段階数は、形成する凹部４の直径や精度により、適宜選択することができる。また、同径の凹部４を形成する場合には、各マスクライン３２の幅が狭く、段階数が多いほど、より精度のよい形状で凹部４を形成することができる。このようなフォトマスク３１は、実用的には、５段階以上、好ましくは、１０段階以上、さらに好ましくは、２０段階以上のグラデーションマスクとして形成されていることが好ましい。
【００２８】
また、露光方法は、特に制限されず、例えば、感光性樹脂７とフォトマスク３１とを直接接触させるハードコンタクト露光方法、感光性樹脂７とフォトマスク３１との間に若干の隙間を設けるプロキシミティ露光方法、さらには、投影露光方法などの公知の露光方法を用いることができる。
【００２９】
この方法において、フォトマスク３１の作製の容易性や解像度を考慮すると、所望パターンを拡大したフォトマスク３１を用いることができる、投影露光方法が好ましく用いられる。投影露光方法では、縮小率が大きいほど、フォトマスク３１の各マスクライン３２をより細かく作製できるため、凹部４を真半円形状に近い形状として形成することができる。
【００３０】
また、露光装置としては、特に制限されず、マスクアライナー、ステッパーなどの公知の露光装置が用いられる。精度の観点から、ステッパーが好ましく用いられる。
【００３１】
次いで、この方法では、必要により露光後加熱した後、図２（ｃ）に示すように、露光された感光性樹脂７を現像し、その後、必要により加熱硬化させることにより、凹部４と第２下部クラッド層３とを同時に形成する。
【００３２】
感光性樹脂７の現像は、特に制限されず、公知の現像液を用いて、例えば、スプレー法、浸漬法などの公知の現像方法によって現像することができる。この現像によって、感光性樹脂７における未露光部が除去される。
【００３３】
また、その後、感光性樹脂７の種類により、適宜の温度で加熱硬化させればよい。例えば、感光性ポリイミド樹脂では、現像後、２００〜４００℃で加熱硬化させる。
【００３４】
なお、上記の説明では、感光性樹脂７をネガ型パターンで形成したが、感光性樹脂７をポジ型パターンで形成する場合には、図示しないが、光導波路１１の幅方向において対称に形成され、段階的に光透過率が減少するフォトマスクを、第１下部クラッド層２の上に塗布された感光性樹脂７の上に、そのフォトマスクの中央が、形成される凹部４の幅方向中央となるように配置し、その後、そのフォトマスクを介して、感光性樹脂７を露光し、現像後、必要により加熱硬化させればよい。
【００３５】
これによって、例えば、シングルモードでは、３〜１５μｍ径、好ましくは、５〜１０μｍ径、マルチモードでは、１０〜１００μｍ径、好ましくは、３０〜７０μｍ径の断面が実質的に半円形状となる凹部４、すなわち、最大深さが、例えば、１．５〜５０μｍ、好ましくは、２．５〜３５μｍとなる凹部４を形成することができる。
【００３６】
次いで、この方法では、図１（ｃ）に示すように、凹部４を含む第２下部クラッド層３の上に、コア層５を形成するための感光性樹脂８を積層する。
【００３７】
コア層５を形成するための感光性樹脂８は、下部クラッド層１および上部クラッド層６よりも、屈折率が大きければ、特に制限されず、上記した材料の感光性樹脂、例えば、感光性ポリイミド樹脂、感光性ポリアミド樹脂、感光性シリコーン樹脂、感光性エポキシ樹脂、これらの感光性フッ素化樹脂や感光性重水素化樹脂などが用いられる。
【００３８】
この方法では、とりわけ、耐熱性の観点より、感光性ポリイミド樹脂が好ましく用いられ、さらには、透明性の観点より、感光性フッ化ポリイミド樹脂が好ましく用いられる。
【００３９】
上記の樹脂において、感光性ポリイミド樹脂は、ポリイミド樹脂の前駆体であるポリアミド酸に、感光性が付与されてなるものであって、ポリアミド酸は、例えば、有機テトラカルボン酸二無水物と、ジアミンとを反応させることによって得ることができる。
【００４０】
有機テトラカルボン酸二無水物としては、例えば、ピロメリット酸二無水物、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，２−ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）プロパン二無水物、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プロパン二無水物、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エーテル二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）スルホン酸二無水物などが挙げられる。
【００４１】
また、例えば、２，２−ビス（２，３−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、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、４，４−ビス（３，４−ジカルボキシトリフルオロフェノキシ）テトラフルオロベンゼン二無水物、１，４−ビス（３，４−ジカルボキシトリフルオロフェノキシ）テトラフルオロベンゼン二無水物、（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などのフッ素置換テトラカルボン酸二無水物なども、好ましく挙げられる。
【００４２】
これら有機テトラカルボン酸二無水物は、単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。また、これら有機テトラカルボン酸二無水物のなかでは、フッ素置換テトラカルボン酸二無水物が好ましく用いられる。
【００４３】
また、ジアミンとしては、例えば、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、３，３’−ジアミノジフェニルスルホン、２，２−ビス（４−アミノフェノキシフェニル）プロパン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、２，４−ジアミノトルエン、２，６−ジアミノトルエン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノ−２，２’−ジメチルビフェニルなどが挙げられる。
【００４４】
また、例えば、２，２’−ビス（トリフルオロメトキシ）−４，４’−ジアミノビフェニル（ＴＦＭＯＢ）、３，３’−ジアミノ−５，５’−ビス（トリフルオロメチル）ビフェニル、２，２−ビス（４−アミノフェニル）ヘキサフルオロプロパン（ＢＡＡＦ）、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（ＨＦＢＡＰＰ）、２，２’−ビス（トリフルオロメチル）−４，４’−ジアミノビフェニル（ＴＦＭＢ）、２，２−ビス（３−アミノ−４−ヒドロキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン（ＢＩＳ−ＡＰ−ＡＦ）、２，２−ビス（３−アミノ−４−メチルフェニル）ヘキサフルオロプロパン（ＢＩＳ−ＡＴ−ＡＦ）、２，２’−ジフルオロベンジジン（ＦＢＺ）、４，４’−ビス（アミノオクタフルオロ）ビフェニル、３，５−ジアミノベンゾトリフルオライド、１，３−ジアミノ−２，４，５，６−テトラフルオロベンゼンなどのフッ素置換ジアミンなども挙げられる。
【００４５】
これらジアミンは、単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。また、これらジアミンのなかでは、フッ素置換ジアミンが好ましく用いられる。
【００４６】
そして、ポリアミド酸は、有機テトラカルボン酸二無水物およびジアミンを、常法に従って反応させることにより、得ることができる。すなわち、例えば、有機テトラカルボン酸二無水物とジアミンとを、ほぼ等モルとなる割合で、不活性ガス雰囲気下、反応溶媒中において、２５０℃以下の温度、好ましくは、室温（２５℃）〜８０℃の範囲で、５〜２０時間程度攪拌することによって、ポリアミド酸を粘性のある溶液として得ることができる。
【００４７】
反応溶媒としては、有機テトラカルボン酸二無水物およびジアミンを溶解させるとともに、得られるポリアミド酸を溶解し得るものであれば、特に制限されないが、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、Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミド、ジメチルスルホキシドなどの極性溶媒が挙げられる。これら極性溶媒は、単独で、または、２種以上の混合溶媒として用いることもできる。また、これら極性溶媒のなかでは、耐熱分解性が良好で透明性に優れるＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドが好ましく用いられる。
【００４８】
このようにして得られるポリアミド酸は、例えば、その重量平均分子量が、５０００〜５０００００程度、好ましくは、１００００〜１５００００程度であって、反応溶媒中に、例えば、１〜５０重量％、好ましくは、５〜３０重量％の割合（固形分濃度）の溶液として調製される。
【００４９】
そして、このようにして得られるポリアミド酸に光感光性を付与するには、特に制限されないが、例えば、光架橋基をエステル交換反応などによりポリアミド酸の側鎖に導入する、あるいは、光架橋性ポリマーとポリイミドとをブロック重合する、さらには、１，４−ジヒドロピリジン誘導体などの公知の感光剤を配合するなど、適宜公知の方法が用いられる。
【００５０】
１，４−ジヒドロピリジン誘導体は、より具体例には、例えば、１−エチル−３，５−ジメトキシカルボニル−４−（２−ニトロフェニル）−１，４−ジヒドロピリジン、１−メチル−３，５−ジメトキシカルボニル−４−（２−ニトロフェニル）−１，４−ジヒドロピリジン、１−プロピル−３，５−ジメトキシカルボニル−４−（２−ニトロフェニル）−１，４−ジヒドロピリジン、１−プロピル−３，５−ジエトキシカルボニル−４−（２−ニトロフェニル）−１，４−ジヒドロピリジンなどが挙げられる。
【００５１】
１，４−ジヒドロピリジン誘導体を配合する場合には、例えば、その配合割合は、ポリアミド酸１００重量部に対して、１，４−ジヒドロピリジン誘導体が０．１〜３０重量部、好ましくは、１〜５重量部である。
【００５２】
また、感光剤とともに、溶解調整剤を配合することが好ましい。溶解調整剤としては、特に制限されないが、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコールジフェニルエーテル、ポリエチレングリコールジメチルエーテルなどが挙げられる。これら溶解調整剤は、単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。なお、このような溶解調整剤の重量平均分子量は、例えば、１５０〜１０００、さらには、２００〜８００であることが好ましい。
【００５３】
溶解調整剤の配合割合は、特に制限されないが、例えば、ポリアミド酸１００重量部に対して、１０〜４５重量部、好ましくは、１５〜３０重量部である。
【００５４】
そして、凹部４を含む第２下部クラッド層３の上に、コア層５を形成するための感光性樹脂８を積層するには、感光性樹脂８を含む溶液を、凹部４を含む第２下部クラッド層３の表面に、例えば、キャスティング、スピンコートなどによって均一な厚みで塗布した後、乾燥すればよい。
【００５５】
塗布厚みは、溶媒の揮発、硬化収縮、現像時の膜減りなどを考慮して、例えば、シングルモードの場合は、乾燥後の厚みとして、５〜３０μｍ、好ましくは、１０〜２０μｍに設定する。
【００５６】
これによって、第２下部クラッド層３の上に、感光性樹脂８が積層されるとともに、凹部４内に感光性樹脂８が充填される。
【００５７】
次いで、この方法では、図１（ｄ）に示すように、例えば、感光性樹脂８をネガ型パターンで形成する場合には、凹部４の幅方向中央において対称に形成され、段階的に光透過率が減少するフォトマスク３５を、感光性樹脂８の上に、そのフォトマスク３５の中央が、凹部４の幅方向中央となるように配置し、その後、このフォトマスク３５を介して、感光性樹脂８を露光する。
【００５８】
このフォトマスク３５は、図３に示すフォトマスク３１の反転パターン、すなわち、図４に示すように、その幅方向中央が最も光透過率が高い第１マスクライン３６ａ（例えば、光透過率１００％）として形成され、その第１マスクライン３６ａの幅方向両側に、対称に、光透過率が順次減少するように、第２マスクライン３６ｂ（例えば、光透過率６５〜９５％）、第３マスクライン３６ｃ（例えば、光透過率３５〜６５％）、第４マスクライン３６ｄ（例えば、光透過率５〜３５％）、第５マスクライン３６ｅ（例えば、光透過率０％）が、順次形成されている。各マスクライン３６は、光導波路１１の長手方向に沿って延びるように形成されている。
【００５９】
このようなフォトマスク３５は、図３に示すフォトマスク３１と同様に、グラデーションマスク（ハーフトーンマスク）として、公知の方法、例えば、合成石英ガラスにクロムなどの金属薄膜を均一に蒸着し、その後、レーザにより光透過率が段階的に変化する各マスクライン３６が形成されるように、エッチング加工することによって、形成することができる。
【００６０】
なお、図４に示すフォトマスク３５は、図３に示すフォトマスク３１と同様に、例えば、コア層５を、直径６μｍφとして形成する場合の、少なくとも５段階（すなわち、第１マスクライン３６ａ〜第５マスクライン３６ｅ）のグラデーションマスクとして例示されているが、各マスクライン３６の幅、光透過率および段階数は、形成するコア層５の直径や精度により、適宜選択することができる。また、同径のコア層５を形成する場合には、各マスクライン３６の幅が狭く、段階数が多いほど、より精度のよい形状でコア層５を形成することができる。このようなフォトマスク３５は、実用的には、５段階以上、好ましくは、１０段階以上、さらに好ましくは、２０段階以上のグラデーションマスクとして形成されていることが好ましい。
【００６１】
また、露光方法は、特に制限されず、上記と同様に、例えば、感光性樹脂８とフォトマスク３１とを直接接触させるハードコンタクト露光方法、感光性樹脂８とフォトマスク３１との間に若干の隙間を設けるプロキシミティ露光方法、さらには、投影露光方法などの公知の露光方法を用いることができる。
【００６２】
この方法において、フォトマスク３５の作製の容易性や解像度を考慮すると、所望パターンを拡大したフォトマスク３５を用いることができる、投影露光方法が好ましく用いられる。投影露光方法では、縮小率が大きいほど、フォトマスク３５の各マスクライン３６をより細かく作製できるため、コア層５を真円形状に近い形成として形成することができる。
【００６３】
また、露光装置としては、特に制限されず、マスクアライナー、ステッパーなどの公知の露光装置が用いられる。精度の観点から、ステッパーが好ましく用いられる。
【００６４】
次いで、この方法では、必要により露光後加熱した後、図１（ｅ）に示すように、露光された感光性樹脂８を現像し、その後、必要により加熱硬化させることにより、コア層５を形成する。
【００６５】
感光性樹脂８の現像は、特に制限されず、公知の現像液を用いて、例えば、スプレー法、浸漬法などの公知の現像方法によって現像することができる。この現像によって、感光性樹脂８における未露光部が除去される。
【００６６】
また、その後、感光性樹脂８の種類により、適宜の温度で加熱硬化させればよい。例えば、感光性ポリイミド樹脂では、現像後、２００〜４００℃で加熱硬化させる。
【００６７】
なお、上記の説明では、感光性樹脂８をネガ型パターンで形成したが、感光性樹脂８をポジ型パターンで形成する場合には、図示しないが、凹部４の幅方向中央において対称に形成され、段階的に光透過率が増加するフォトマスクを、感光性樹脂８の上に、そのフォトマスクの中央が、凹部４の幅方向中央となるように配置し、その後、そのフォトマスクを介して、感光性樹脂８を露光し、現像後、必要により加熱硬化させればよい。
【００６８】
これによって、例えば、シングルモードでは、３〜１５μｍ径、好ましくは、５〜１０μｍ径、マルチモードでは、１０〜１００μｍ径、好ましくは、３０〜７０μｍ径の断面が実質的に円形状となるコア層５を形成することができる。
【００６９】
なお、このようなコア層５の露光においては、その後の硬化収縮を考慮して、現像後の形状が、上下方向に若干長い楕円形状となるように制御することが好ましい。楕円率は、感光性樹脂８の種類や溶液の固形分濃度、さらには、凹部４の深さなどにより、適宜選択される。例えば、感光性ポリイミド樹脂を用いて、６μｍφのコア層５を形成する場合においては、最大深さ３μｍに設定された凹部４に対して、第２下部クラッド層３の表面に積層される感光性ポリイミド樹脂の乾燥後厚みを、１２μｍとして設定すると、超高圧水銀灯（ｉ線）で約１００ｍＪ／ｃｍ露光し、未露光部を除去した後の感光性ポリイミド樹脂の第２下部クラッド層３からの高さは、５μｍとなり、その後、加熱硬化により得られるコア層５の第２下部クラッド層３からの高さは、３μｍとなる。このような設定により、６μｍφのコア層５を形成することができる。
【００７０】
次いで、この方法では、図１（ｆ）に示すように、コア層５を被覆する上部クラッド層６を形成することにより、光導波路１１を得る。
【００７１】
上部クラッド層６を形成する材料としては、特に制限されないが、上記と同様に、耐熱性および透明性の観点から、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、これらのフッ素化樹脂や重水素化樹脂などが用いられる。
【００７２】
なお、上部クラッド層６および下部クラッド層１は、同一の材料から形成してもよく、また、異なる材料から形成してもよい。また、上部クラッド層６を形成する材料としては、屈折率がコア層５より低く、耐熱性および透明性がともに優れる、フッ素化ポリイミド樹脂が好ましく用いられる。
【００７３】
上部クラッド層６は、コア層５を含む第２下部クラッド層３の上に、上記した材料を含む溶液を塗布し、乾燥して、均一な厚みとして、上部クラッド層６を形成すればよい。また、予め長手方向に延びるコア層５を受入可能な凹部を形成した上部クラッド層６を、第２下部クラッド層３の上に、加圧または加熱圧着することにより、形成してもよい。
【００７４】
上部クラッド層６を、例えば、上記した感光性ポリイミド樹脂により形成する場合には、上記したような感光性が付与されたポリアミド酸の溶液を、コア層５を含む第２下部クラッド層３の上に均一な厚みで塗布し、乾燥後、フォトマスクを用いずに全面露光した後、必要により露光後加熱し、その後、上記と同様に、加熱硬化すればよい。なお、上部クラッド層６を、所定パターンで形成する場合には、フォトマスクを用いて所定パターンで露光した後、加熱硬化前に、現像すればよい。
【００７５】
なお、上部クラッド層６の厚み（第２下部クラッド層３からの高さ）は、例えば、５〜５０μｍ、好ましくは、１０〜３０μｍである。
【００７６】
そして、このような方法によれば、第２下部クラッド層３の凹部４に充填された感光性樹脂８が、フォトマスク３５によって、凹部４の幅方向中央から対称に、光が段階的に増加または減少するようにして露光され、次いで、現像されることにより、幅方向断面が実質的に円形状のコア層５が形成される。そのため、この方法では、幅方向断面形状が実質的に円形状のコア層５を、界面がなく、均一かつ精度よく形成することができる。その結果、信頼性の高い光導波路１１を製造することができる。
【００７７】
また、上記の方法において、第２下部クラッド層３を、露光および現像によるパターンニング法により形成すれば、感光性樹脂７が、フォトマスク３１によって、幅方向において対称に、光が段階的に増加または減少するようにして露光され、次いで、現像されることにより、幅方向断面が実質的に半円形状となる凹部４が形成される。そのため、幅方向断面形状が実質的に円形状のコア層５を、より精度よく形成することができる。
【００７８】
そのため、このような光導波路の製造方法は、特に制限されることなく、種々の光デバイスを光接続するための光導波路を製造するために有効に用いられ、形成できる光導波路として、例えば、直線光導波路、曲がり光導波路、交差光導波路、Ｙ分岐導波路、スラブ光導波路、マッハツェンダー型光導波路、ＡＷＧ型光導波路、グレーティング、光導波路レンズなどが挙げられる。
【００７９】
また、これらの光導波路により接続される光デバイスとして、例えば、波長フィルタ、光スイッチ、光分岐器、光合成器、光合分波器、光アンプ、波長変換器、波長分割器、光スプリッタ、方向性結合器、さらには、レーザダイオードやフォトダイオードをハイブリッド集積した光伝送モジュールなどが挙げられる。
【００８０】
なお、上記の説明においては、下部クラッド層１を、第１下部クラッド層２および第２下部クラッド層３から構成したが、本発明において、下部クラッド層は、２層に分けずとも、１層から形成してもよい。その場合には、コア層を受ける凹部が下部クラッド層の裏面にまで達しないように形成する必要がある。
【００８１】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、何ら実施例に限定されることはない。
【００８２】
実施例
（クラッド層ポリアミド酸の合成）
窒素雰囲気下中、５００ｍＬのセパラブルフラスコ内で、２，２’−ビス（トリフルオロメチル）−４，４’−ジアミノビフェニル（ＴＦＭＢ）（０．０９モル（２８．８ｇ））を、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）２７５．２ｇに溶解させ、攪拌しながら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）（０．０９モル（４０．０ｇ））を加えた。これを、室温で２４時間攪拌することにより、ポリアミド酸のワニスを得た。
【００８３】
このうち１００ｇを別途ビーカに取り出し、４−ｏ−ニトロフェニル−３，５−ジメトキシカルボニル−１−エチル−１，４−ジヒドロピリジンを、ポリアミド酸固形分に対して２％（０．４ｇ）、ポリエチレングリコールジメチルエーテル（重量平均分子量：５００）を、ポリアミド酸固形分に対して１５％（３．０ｇ）添加し、均一に攪拌することで、感光性ポリイミド樹脂の前駆体である感光性ポリアミド酸のワニスを得た。以後、これをワニスＡとする。
【００８４】
（コア層ポリアミド酸の合成）
窒素雰囲気下中、３００ｍＬのセパラブルフラスコ内で、２，２’−ビス（フルオロ）ベンジジン（ＦＢＺ）（０．０４モル（８．８１ｇ））を、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）７９．７ｇに溶解させ、攪拌しながら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）（０．０４モル（１７．８ｇ））を加えた。これを室温で２４時間攪拌することにより、ポリアミド酸のワニスを得た。
【００８５】
このうち１００ｇを別途ビーカに取り出し、４−ｏ−ニトロフェニル−３，５−ジメトキシカルボニル−１−エチル−１，４−ジヒドロピリジンを、ポリアミド酸固形分に対して２％（０．４ｇ）、ポリエチレングリコールジメチルエーテル（重量平均分子量：５００）を、ポリアミド酸固形分に対して１５％（３．０ｇ）添加し、均一に攪拌することで、感光性ポリイミド樹脂の前駆体である感光性ポリアミド酸のワニスを得た。以後、これをワニスＢとする。
【００８６】
（光導波路の作製）
第１下部クラッド層として、厚さ１．０ｍｍの合成石英ガラス基板を用い、その第１下部クラッド層の上に、ワニスＡを、スピンコート法により塗布し、９０℃で約１５分乾燥した。乾燥後の感光性ポリアミド酸の厚みは１２μｍであった（図２（ａ）参照）。
【００８７】
次に、図３に示すグラデーションマスク（光透過率が１０段階で変化する濃淡のマスクライン（コア）を有するもの）を用いて、最大透過部の露光部が１００ｍＪ／ｃｍとなるように投影露光した（図２（ｂ）参照）。グラデーションマスク上のマスクラインの幅（コア幅）は１５μｍであり、３分の１に縮小投影することにより、コア幅が５μｍとなるようにした。
【００８８】
その後、空気中にて１８０℃で１０分間加熱した。そしてテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを含むエタノール／アルカリ性水溶液にて、３５℃で現像し、水で水洗することにより、凹部を有するパターンの感光性ポリアミド酸を形成した。この感光性ポリアミド酸の厚みは８μｍであり、凹部の最大深さは４μｍであった。その後、真空雰囲気下で３８０℃、２時間加熱することで、感光性ポリアミド酸の溶媒の除去、および、イミド化を完結させた。これにより得られた第２下部クラッド層の厚みは６μｍであり、凹部の最大深さは３μｍであった（図２（ｃ）参照）。また、凹部の直径は６μｍであった。
【００８９】
次に、スピンコート法により、第２クラッド層の上に、ワニスＢを塗布し、９０℃で１５分乾燥した（図１（ｃ）参照）。乾燥後、感光性ポリアミド酸の厚みは約９μｍであった。次に、図４に示すグラデーションマスク（光透過率が１０段階で変化する濃淡のマスクライン（コア）を有し、図３に示すグラデーションマスクと反転パターンとして形成されているもの）を用いて、最大透過部の露光部が１００ｍＪ／ｃｍとなるように投影露光した（図１（ｄ）参照）。露光は、上記と同様の方法で行なった。
【００９０】
その後、空気中にて１８０℃で１０分間加熱した。そしてテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを含むエタノール／アルカリ性水溶液にて、３５℃で現像し、水で水洗することにより、感光性ポリアミド酸をパターンとして形成した（図１（ｅ）参照）。パターンとされた感光性ポリアミド酸は、第２下部クラッドの表面から最大５μｍの高さであり、凹部の最深部からの厚みが８μｍであった。感光性ポリアミド酸の断面形状を観察したところ、上に凸の卵形であることが確認された。その後、真空雰囲気下で３８０℃、２時間加熱することで、感光性ポリアミド酸の溶媒の除去、および、イミド化を完結させ、コア層を形成した。コア層の最終的な高さは６μｍであり、断面形状を観察したところ、円形であることが確認された（図１（ｅ）参照）。
【００９１】
その後、スピンコート法によって、ワニスＡを、上部クラッド層とすべく塗布した。乾燥後、その厚みは、第２下部クラッド層の表面から３０μｍの高さであった。フォトマスクを用いずに、全面を１００ｍＪ／ｃｍで露光し、現像することなく、真空雰囲気下で３５０℃、２時間加熱することで、感光性ポリアミド酸の溶媒の除去、および、イミド化を完結させ、上部クラッドを形成し、これによって、光導波路を得た（図１（ｆ）参照）。
【００９２】
この光導波路に、半導体レーザを光源とする波長１．５５μｍの円形ビームをグラスファイバーから導波させ、光伝搬損失を測定したところ、０．２ｄＢ／ｃｍと良好な特性を示した。
【００９３】
なお、コア層が６μｍ×６μｍ□の断面矩形状である以外は、上記と同じ材料および構成を有する光導波路を作製し、光伝搬損失を測定したところ、０．３ｄＢ／ｃｍであった。
【００９４】
【発明の効果】
本発明の光導波路の製造方法によれば、幅方向断面形状が実質的に円形状のコア層を、界面がなく、均一かつ精度よく形成することができ、信頼性の高い光導波路を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光導波路の製造方法の一実施形態を示す製造工程図であって、
（ａ）は、下部クラッド層を用意する工程、
（ｂ）は、下部クラッド層に、幅方向断面が実質的に半円形状となる凹部を形成する工程、
（ｃ）は、凹部を含む下部クラッド層の上に、コア層を形成するための感光性樹脂を積層する工程、
（ｄ）は、感光性樹脂を露光する工程、
（ｅ）は、感光性樹脂を現像して、コア層を形成する工程、
（ｆ）は、コア層を被覆する上部クラッド層を形成する工程
を示す。
【図２】図１（ｂ）に示す、下部クラッド層に、幅方向断面が実質的に半円形状となる凹部を形成する工程を示す製造工程図であって、
（ａ）は、第１下部クラッド層の上に感光性樹脂を塗布する工程、
（ｂ）は、感光性樹脂を露光する工程、
（ｃ）は、感光性樹脂を現像して凹部と第２下部クラッド層とを形成する工程
を示す。
【図３】図２（ｂ）の工程で用いられるフォトマスクの概略構成図である。
【図４】図１（ｄ）の工程で用いられるフォトマスクの概略構成図である。
【符号の説明】
１ 下部クラッド層
４ 凹部
５ コア層
６ 上部クラッド層
７ 感光性樹脂
８ 感光性樹脂
１１ 光導波路
３１ フォトマスク
３５ フォトマスク

Claims (2)

1. 下部クラッド層と上部クラッド層との間に、長手方向に直交する幅方向断面が実質的に円形状のコア層が介在される光導波路の製造方法であって、
   幅方向断面が実質的に半円形状である凹部を有する前記下部クラッド層を用意する工程、
   前記凹部に感光性樹脂を充填する工程、
   前記凹部の幅方向中央から対称に段階的に光透過率が増加または減少するフォトマスクを用いて、前記感光性樹脂を露光する工程、
   露光された前記感光性樹脂を現像することにより、幅方向断面が実質的に円形状のコア層を形成する工程、
   前記コア層を被覆する上部クラッド層を形成する工程
   を備えていることを特徴とする、光導波路の製造方法。
2. 前記下部クラッド層を用意する工程が、
   幅方向において対称に段階的に光透過率が増加または減少するフォトマスクを用いて、感光性樹脂を露光する工程、および、
   露光された前記感光性樹脂を現像することにより、幅方向断面が実質的に半円形状となる凹部を形成する工程を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の光導波路の製造方法。

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