JP2011081424A - パターニングされたクラッドを有する平板導波路及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、光透過要素の少なくとも一側または一端がエアクラッドであるように定義されるパターニングされたクラッドを有する集積光導波路に関する。
【解決手段】パターニングされたクラッドを有する光導波路の製造方法は、所定の波長を透過する基板の一部に所定の波長を透過しないパターニングされたブロッキング層を形成し、パターニングされたブロッキング層及び／または基板の覆われていない部分上にコア層を堆積し、コア層を上方からパターニングして光透過要素を設け、光透過要素上及び／またはパターンニングされたブロッキング層上及び／または基板の覆われていない部分上に、所定の波長の光に晒すことによって硬化可能な材料を含む上部クラッド層を設け、上部クラッド層に下方から所定の波長の光を照射し、パターニングされたブロッキング層上に位置しない上部クラッド層の部分を硬化し、上部クラッド層の非硬化部分を除去することを含む。
【選択図】図３ａ

Description

本発明は、パターニングされた上部クラッドを有する集積光導波路及び上部クラッドをパターニングする方法に関する。

集積光導波路は、通常、クラッド材料（反射率ｎ_２）によって囲まれたパターニングされた導光コア層（反射率ｎ_１）からなり、強固な基板上に機械的に実装される（ｎ_２＜ｎ_１）。一般に、これらの導波路には平らな端面があり、この平らな端面は、ダイシングソーを用いて基板と導波路構造体をカッティングし、次いで、散乱中心を除去する研磨工程によって得られる。導波路に沿って伝播する光は、コアとクラッドとの間の屈折率の差によってコア内で誘導される。

図面を参照すると、図１ａと図１ｂは、従来文献で知られている一般的な集積光導波路１０の端部の側面図と端面図を示しており、基板１１、下部クラッド層１２、導光コア層１３、および上部クラッド層１４を含んでいる。材料系によって、下部クラッド層、コア層、および上部クラッド層を堆積するために様々な技術が利用可能である。これらの技術には、火炎加水分解または化学気相蒸着（例えば、ガラス用）、分子線エピタキシャル（例えば、半導体用）、スピンコーティング（例えば、高分子用）が含まれる。そのコア層は、フォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチング（ほとんどの材料に適する）、または、フォトリソグラフィ及びウェットエッチング（フォトパターンニングが可能な高分子）のいずれかでパターニングされる。その光をコア内に閉じ込めることができるように、下部クラッド層１２と上部クラッド層１４の屈折率は、コアの屈折率より低い必要がある。しばしば、導波モードが対照的になるように、下部クラッド層１２と上部クラッド層１４は同じ屈折率を有するが、これは必ずしも必要なことではない。基板材料１１が透過的であり、コア材料１３より低い屈折率を有するのであれば、下部クラッド層１２は省略することができる。

通常、平板導波路には、断面において正方形または長方形である光透過性の細長いコア領域がある。その底面は、基板に隣接または基板の付近に定義される。その上面は、底面に平行であるが、基板から最も離れている。その側壁は、その基板に垂直な面である。

従来文献で説明されたこの集積光導波路では、コアは、上部クラッドまたは下部クラッドのどちらかのクラッド材によって囲まれている。しかしながら、これは必ずそうでなければならないというわけではなく、いくつかの応用があり、少なくともコアの一部が少なくとも一側にあるクラッド材料と接触していないということが有利な点である。従って、本発明の一態様は、少なくとも一の領域においては、少なくともコアの一側が上部クラッド材料に接触しないように、その上部クラッド層がパターニングされている集積光導波路に関する。

米国特許５，８５０，４９８及び６，５５５，２８８には、導波路コアの応力が低減するようにパターニングされた上部クラッドが開示されている。これらの開示では、パターニングされた上部クラッドは、“コンフォーマル”であると記載されており、その上部クラッドは、そのコアの形状に実質的に一致する形状を有しており、言い換えると、そのコアは、その基板または下部クラッド材料に接触する底部を除いては、上部クラッド材料の薄層に囲まれている。これは、少なくとも一の領域においては、少なくともコアの一側が上部クラッド材料に接触しないように、その上部クラッド層がパターニングされている本発明のパターニングされた上部クラッドとは異なっている。

少なくともコアの一の領域が少なくとも一側にあるクラッド材料と接触しないことによる利点がある１つの用途は、単一レンズ（ユニタリーレンズ）構造体を有する集積光導波路である。上述のように、光は、コアとクラッド層との屈折率の差によって集積光導波路に沿って誘導される。しかしながら、光がコアを出て自由空間（または、実際には空気）に入るとき、それは直ぐに発散する。この発散は、基板に対して平行であり垂直である二次元で発生する。平行にされた出力ビームが望まれる場合、何らかの正レンズ（すなわち、収束レンズ）が必要である。同等に、集積光導波路に平行ビームの焦点を合わせるために集束レンズが必要である。

１つの解決方法は、ボールレンズまたは円筒状の部分屈折率型レンズ（ＧＲＩＮレンズ）のような別部材を使用することであるが、そのようなレンズは、それらが小さなサイズであり、二次元の正確な調整が必要であり、固有の反射損を有する付加的な界面を導入してしまうために、取り扱いが困難である。したがって、レンズ構造体を光導波路と統合することが望ましい。フレネルレンズ（米国特許４，３６７，９１６、４，４４５，７５９）やブラッグレンズ（米国特許４，２６２，９９６、４，４４０，４６８）を含む多くのタイプの集積レンズが長年にわたって提案されている。これらのレンズは、レンズ構造体の平面（常に基板に対して平行な）において、一次元でのみ焦点を合わせる。

他の可能性としては、端面にＧＲＩＮレンズを作ることがある（米国特許５，７１９，９７３）。これらのレンズは、二次元で焦点を合わせるが、円筒対称性を有しており、集積光導波路よりも光ファイバー（通常、長方形状である）に適している。

レンズ構造体を光導波路と統合する１つの方法は、導波路の端面にレンズ形状の突出部を設けることである。これは、突出するコアを残すように選択的にクラッドをエッチングして、その後、角張った突出部を丸みのある凸レンズ形状に崩すためにその軟化点まで導波路材料を加熱（例えば、ＣＯ_２レーザーパルスを用いて）することによって達成される。そのような構造体も、二次元において焦点を合わせる。

図２ａ、２ｂ、２ｃには、従来の技術である米国特許５，４３２，８７７に記載されている集積光導波路の端面にレンズを作製する方法が示されている。この実施例によると、図２ａには、基板１１（例えば、シリコン）、下部クラッド１２と上部クラッド１４（共に、ホウ素とリンとがドーピングされたシリカを含む）、およびコア１３（ホウ素とリンとゲルマニウムとがドーピングされたシリカを含む）が示されている。その導波路１０の端面は、コア材料の突出部２０を残すためにクラッド層を選択的にエッチングする弗酸緩衝液中でエッチングされる。最終的に、エッチングされた導波路は、コアを軟化させるために約１０００℃まで加熱され、それから、その突出コアは、表面張力によって実質的に円錐形のレンズ２１にされる。

そのような化学エッチング技術は、米国特許５，４３２，８７７及び６，３４１，１８９でシリカガラスベースの導波路において実施説明されている。しかしながら、それらは、そのクラッド（例えば、シリカ）とコア（例えば、ゲルマニウムがドーピングされたシリカ）との間の異なるエッチング速度に依存しており、適用範囲が限定されている。例えば、一般に、選択的化学エッチングは、高分子ベースの集積光導波路に使用されることができない。さらに、熱による丸み付け処理（サーマルラウンディングプロセス）は、コア材料が軟化点を有する場合でしか用いることができず、非熱可塑性高分子や、シリコンまたは他の半導体のような結晶材料では用いられない。さらに、そのエッチング処理または軟化処理は、要求されるレンズ形状を得たい場合には、正確に制御しなければならない。

化学エッチングをベースとする技術のさらなる不都合は、光導波路回路チップがダイシング（個々のチップに切断するか分けること）された後でしか、そのレンズ構造体を準備することができないということである。多くのチップを集めて同時にエッチングすることはできるが、これは、やはり慎重な取り扱いと余分な工程段階を必要とする。

本発明は、上記の難点のいくつか又は全てを解消する、単一レンズ構造体とパターニングされた上部クラッドとを有する集積光導波路を作製する方法に関する。単一レンズは、光が自由空間に進む曲面を含む。この曲面には空気界面がなければならないので、少なくともこの曲面がクラッド材料と接触しないように何れの上部クラッドもパターニングされなければならない。

本発明に記述された単一レンズ構造体は、基板に平行な次元に集光することができる。垂直な方向の焦点合わせが望まれるなら、横円柱型レンズなどのような外部のレンズを使用することができる。ボールレンズまたはＧＲＩＮレンズが二次元で正確に位置調整された外部のレンズを必要とするので、これらを必要とする従来文献で知られていた他の構成よりこの構成は優れている。対照的に、外部の横円柱型レンズは、垂直な方向に正確に位置調整されることしか必要としないだろう。単一レンズ構造体のアレイを有する装置において、これは特に有利であり、横円柱型レンズは、複数のアレイ要素に対して垂直な焦点合わせをするために使用することができる。

少なくともコアの一の領域が少なくとも一側にあるクラッド材料と接触しないことによる利点がある第２の用途は、単一レンズ構造体を有する集積光導波路であり、光は、小さな屈曲半径を有する曲部付近に案内される。高屈曲部を使用することによって装置の設置面積を減少する（単位基板当たりに製造できる装置の数を増やす）ことができるので、この状況は、頻繁に集積光導波路装置の設計を発生させる。理論によって抑制されることを望まずに、光導波路に曲部を導入することによって、結果として光パワーの損失をもたらす、その曲部側から漏れるというように導波モードに影響を与えることは、よく知られている。大きな屈曲半径（すなわち、穏やかな屈曲部）においては、この損失は無視してよいが、屈曲半径が減少するに伴って、その損失が容認できなくなるポイントが生じてくる。与えられた屈曲半径において、その損失は、コアとクラッドの屈折率の差に依存し、もし、この屈折率差が大きければ（すなわち、導波モードがより強固に結合されれば）、その損失は小さい。単一モード導波路とマルチモード導波路の両方において、屈曲による損失は発生する。マルチモードの場合において、高次モード（それほど強くなく誘導される）には、より高い曲げ損失（すなわち、最初に失われる傾向がある）がある。

一般に、コアが自由空間（実際的な言い方をすれば「空気」）によって囲われた際にそのコア−クラッドの屈折率差は最大化され（したがって、曲げ損失は最小化され）、すなわち、そのクラッドが１の屈折率を有する。集積光導波路素子においては、通常、屈曲は、基板に平行な１つの面でのみ起こる。曲げ損失は、屈曲面で起こる（すなわち、側壁を通した光の漏れ）だけであるので、側壁のみがエアクラッドである必要がある。特に、屈曲部の外部のその側壁だけがエアクラッドである必要がある。ここで、図１ａと１ｂを参照すると、集積光導波路素子に高屈曲部がある場合、上部クラッド１４を省略することは有利だろう。その時、コア１３は、曲げ損失の観点で重要ではない底部でのみクラッド材料と接触しているだろう。

平板導波路の上部クラッドを省略することによる欠点は、その構造体の機械的強度が不十分であるかもしれない、すなわち、標準的な技術を用いて処理することや取り扱うことができないということである。例えば、高速のダイシングソーを使用するダイシングを行うと、下部クラッドからコアが取り外されてしまうことになる。また、むき出しのコア構造体は、機械的な損傷や、外部のダストによる散乱中心の形成に対して極端に損傷を受けやすい。この理由で、高屈曲部がある集積導波路素子では、高屈曲部の周辺の領域を除いてあらゆる所に上部クラッド材料が存在するように上部クラッドをパターニングすることが有利である。

同様に、単一レンズ構造体を有する集積導波路素子では、単一レンズ構造体の周辺の領域を除いてあらゆる所に上部クラッド材料が存在するように上部クラッドをパターニングすることが有利である。

本発明は、光損失の少ない集積光導波路素子を提供することを目的とする。また、光損失の少ない集積光導波路素子を製造する方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、少なくとも一側では、少なくとも一の領域おいてコアがクラッド材と接触しないように上部クラッドがパターニングされている集積光導波路に関する。本発明の第２の態様は、上部クラッド層をパターニングする方法を記述する。

以上のように、平板導波路には、上面と底面と２つの側部とを有する、断面が正方形または長方形の細長い光伝達コア領域がある。そのような平板導波路には、２つの端部があるだろう。また、これらの端部は基板に垂直であるので、本発明の目的においては、それらを側部であると見なすことができる。

第１の態様によれば、本発明は、
（ａ）基板上に（任意に基板上に下部クラッド層を堆積し、さらに）コア層を堆積する段階と、
（ｂ）前記コア層をパターニングして、光透過要素を設ける段階と、
（ｃ）前記光透過要素上に上部クラッド層を堆積する段階と、
（ｄ）前記上部クラッド層をパターニングして少なくとも一の領域を設ける段階であって、この領域においては前記光透過要素がエアクラッドであるところの段階と、
を含むことを特徴とするパターニングされた上部クラッドを備えた集積光導波路の製造方法を提供する。

第２の側面によれば、本発明は、基板と、任意で下部クラッド層と、光透過要素と、少なくとも一のエアクラッド領域を有するパターニングされた上部クラッドと、を含むことを特徴とするパターニングされた上部クラッドを有する集積光導波路を提供する。

前記コア層をパターニングすることによって、一般的に、基板または存在する下部クラッド層の覆われていない部分をもたらす。このような状況において、これが適用されるとき、この覆われていない部分は、その上部クラッド層を用いて全体的または部分的に再コーティングできることが理解されるであろう。その上部クラッド層をパターニングすることによって、前記基板あるいは下部クラッド層のある部分が覆われていない状態をもたらすこともあり、もたらさないこともある。

また、本発明は、被覆されていない状態の前記光伝達部分のある側部または端部領域を開示しているが、当業者は、対象としている機能領域は別として、前記光伝達コアが機械的損傷と散乱損失を極力避けることができる最も良いクラッドであることを理解できるだろう。

他の実施例では、前記光透過要素は、単一構造体として導波路とレンズとを含む。好ましくは、前記レンズは曲面を有し、前記上部クラッドをパターニングする段階は、前記曲面が前記上部クラッド材料に接触しないようにする。

あるいは、前記光透過要素は、曲部を有する導波路を含む。望ましくは、前記導波路が前記上部クラッド材料に接触しないように、前記上部クラッドをパターニングする段階は前記曲部の領域において行われる。より望ましくは、前記導波路には、前記曲部の外側に対応する側に上部クラッド材料との接触がない。

望ましくは、前記上部クラッド層は高分子材料を含み、より望ましくは、熱硬化性高分子を含む。したがって、前記上部クラッド層は、パターニングされた熱源と溶剤に溶解された非硬化材料とを用いた選択的な硬化によってパターニングされることが好ましく、その硬化材料はその溶剤に対して不溶性である。

あるいは、前記上部クラッド層は、化学線、より好ましくは紫外線によって硬化可能な高分子を含む。したがって、前記上部クラッド層は、パターニングされた紫外線源と溶剤に溶解された非硬化材料とを用いた選択的な硬化によってパターニングされることが好ましく、その硬化材料はその溶剤に対して不溶性である。

一般に、前記高分子は、シロキサン重合体であることが好ましく、また、基板は、シリコン、シリカ、ガラスまたは高分子を含むことが好ましい。高分子基板に関する限定されない例は、アクリレート、パースペスク、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、及び、ＰＥＴを含む。

望ましくは、前記下部クラッドと光透過要素は、高分子材料、ガラスおよび半導体から選択される材料を含む。

より望ましくは、前記下部クラッドと光透過要素は、高分子、望ましくはシロキサン重合体を含み、それらは、化学線、最も好ましくは紫外線で硬化可能である。

第３の側面によれば、本発明は、
（ａ）所定の波長を透過する基板の一部に前記所定の波長を透過しないパターニングされたブロッキング層を形成する段階と、
（ｂ）前記パターニングされたブロッキング層及び／または前記基板の覆われていない部分上にコア層を堆積する段階と、
（ｃ）前記コア層を上方からパターニングして光透過要素を設ける段階と、
（ｄ）前記光透過要素上及び／または前記パターンニングされたブロッキング層上及び／または前記基板の覆われていない部分上に、前記所定の波長の光に晒すことによって硬化可能な材料を含む上部クラッド層を堆積する段階と、
（ｅ）前記上部クラッド層に下方から前記所定の波長の光を照射し、前記パターニングされたブロッキング層上に位置しない前記上部クラッド層のそれらの部分を硬化する段階と、
（ｆ）前記上部クラッド層の非硬化部分を除去する段階と、を含むパターンニングされた上部クラッドを備えた光導波路装置の組立方法を提供する。

第４の側面によれば、本発明は、
（ａ）所定の波長を透過する基板の一部に前記所定の波長を透過しないパターニングされたブロッキング層を形成する段階と、
（ｂ）前記ブロッキング層上及び／または前記基板の覆われていない部分上に下部クラッド層を堆積する段階と、
（ｃ）前記下部クラッド層上にコア層を堆積する段階と、
（ｄ）前記コア層を上方からパターニングして光透過要素を設ける段階と、
（ｅ）前記光透過要素上及び／または前記下部クラッド層の覆われていない部分上に前記所定の波長の光に晒すことによって硬化可能な材料を含む上部クラッド層を堆積する段階と、
（ｆ）前記上部クラッド層に下方から前記所定の波長の光を照射し、前記パターニングされたブロッキング層上に位置しない前記上部クラッド層のそれらの部分を硬化する段階と、
（ｇ）前記上部クラッド層の非硬化部分を除去する段階と、を含むパターンニングされた上部クラッドを備えた光導波路装置の組立方法を提供する。

望ましくは、前記パターニングされたブロッキング層は、スクリーン印刷によって形成される。望ましくは、それは所定の波長の光を吸収する化合物を含む。

望ましくは、前記上部クラッド層は、前記所定の波長の光に、好ましくは紫外線領域の光に晒すことによって硬化可能な高分子を含む。望ましくは、その高分子は、シロキサン重合体である。

いくつかの実施例では、前記パターニングされたブロッキング層は、例えば、機械研磨や化学エッチングによって形成された散乱表面パターンを含むことが好ましく、前記散乱表面は、前記所定の波長の光を散乱し、前記光の伝播を効率的に妨げる。

当然のことながら、前記コア層が基板上にパターニングされると、通常、基板には覆われていない部分が生じることになる。また、前記パターニングされたブロッキング層の一部または全部を覆わないこともできる。または、前記基板とブロッキング層は、通常、前記上部クラッド層を用いて再コーティングされるだろう。前記基板を通して硬化光を照射するフォトリソグラフィに続いて、ブロッキング層上のその部分は、通常洗浄される。他の領域は、例えば機械的な手段によってマスクされ、基板または被覆層は覆われない状態のままにされる。

当然のことながら、前記コアが下部クラッド層上にパターニングされると、通常、下部クラッド層の覆われていない部分が生じることになる。また、下部クラッド層の一部または全部を覆わないのと同様に、前記パターニングされたブロッキング層の一部または全部を覆わないこともできる。前記基板、下部クラッド層、及び／またはブロッキング層は、通常、前記上部クラッド層を用いて再コーティングされるだろう。前記基板を通して硬化光を照射するフォトリソグラフィに続いて、ブロッキング層上のその部分は、通常洗浄される。他の領域は、例えば機械的な手段によってマスクされ、基板、下部クラッドまたは被覆層は覆われない状態のままにされる。

第５の側面によれば、本発明は、
（ａ）所定の波長を透過する基板上に下部クラッド層を堆積する段階と、
（ｂ）前記所定の波長を有する光を透過しないパターニングされたブロッキング層を前記下部クラッド層上に形成する段階と、
（ｃ）前記ブロッキング層及び／または前記下部クラッド層の被覆されていない部分上にコア層を堆積する段階と、
（ｄ）前記コア層を上方からパターニングして光透過要素を設ける段階と、
（ｅ）前記光透過要素上及び／または前記ブロッキング層上及び／または前記下部クラッド層上に、前記所定の波長の光に晒すことによって硬化可能な材料を含む上部クラッド層を設ける段階と、
（ｆ）前記上部クラッド層に下方から前記所定の波長の光を照射し、前記パターニングされたブロッキング層上に位置しない前記上部クラッド層のそれらの部分を硬化する段階と、
（ｇ）前記上部クラッド層の非硬化部分を除去する段階と、を含むパターンニングされた上部クラッドを備えた光導波路装置の組立方法を提供する。

好ましい形態では、本発明は、
（ｉ）前記パターニングされたブロッキング層を形成した後であって、前記下部クラッド層を堆積する前に、リフトオフ層を形成する段階と、
（ｉｉ）前記上部クラッド層の非硬化の部分を除去した後に、前記下部クラッド層と、光透過要素と、パターニングされた上部クラッド層と、を前記基板から分離するリフトオフ層を除去する段階と、をさらに含む方法を提供する。

さらに他の好ましい形態では、本発明は、
（ｉ）前記下部クラッド層を堆積する前に前記基板上にリフトオフ層を形成する段階と、
（ｉｉ）前記上部クラッド層の非硬化の部分を除去した後に、前記下部クラッド層と、パターニングされたブロッキング層と、光透過要素と、パターニングされた上部クラッド層と、を前記基板から分離するリフトオフ層を除去する段階と、をさらに含む方法を提供する。

従来文献で知られている典型的な集積光導波路の端面の側面図を示す。 従来文献で知られている典型的な集積光導波路の端面の端面図を示す。 従来文献で知られている集積光導波路の端面のレンズ構造体を作製するための選択的な化学エッチング方法に関する工程を示す。 従来文献で知られている集積光導波路の端面のレンズ構造体を作製するための選択的な化学エッチング方法に関する工程を示す。 従来文献で知られている集積光導波路の端面のレンズ構造体を作製するための選択的な化学エッチング方法に関する工程を示す。 パターニングされた導波路と、垂直方向に集光するための横円柱状レンズがあるエアクラッドを有する単一レンズ構造体とを示す平面図である。 パターニングされた導波路と、垂直方向に集光するための横円柱状レンズがあるエアクラッドを有する単一レンズ構造体とを示す側面図である。 パターニングされた導波路と単一レンズ構造体が従来の上部クラッド（すなわち、パターニングされていない上部クラッド）で保護されることができない理由を示す。 パターニングされた導波路と単一レンズ構造体が従来の上部クラッド（すなわち、パターニングされていない上部クラッド）で保護されることができない理由を示す。 従来の上部クラッドを有するパターニングされた導波路と単一レンズ構造体とを作製するための、可能であるが非実用的な方法を示す。 従来の上部クラッドを有するパターニングされた導波路と単一レンズ構造体とを作製するための、可能であるが非実用的な方法を示す。 パターニングされた上部クラッドを有するパターニングされた導波路と単一レンズ構造体とを作製するための可能な方法を示す。 パターニングされた上部クラッドを有するパターニングされた導波路と単一レンズ構造体とを作製するための可能な方法を示す。 パターニングされた上部クラッドを用いてパターニングされた導波路と単一レンズ構造体とを作製するための他の可能な方法を示す。 パターニングされた上部クラッドを用いてパターニングされた導波路と単一レンズ構造体とを作製するための他の可能な方法を示す。 上部クラッドを有しておらず、高屈曲部を有する集積光導波路の平面図を示す。 上部クラッドを有し、高屈曲部を有する集積光導波路の平面図を示す。 パターニングされた材料の上部クラッド／パターニングされたエアクラッドを有し、高屈曲部を有する集積光導波路の平面図を示す。 パターニングされた上部クラッド有する導波路構造体を提供する方法を示す。 パターニングされた上部クラッド有する導波路構造体を提供する方法を示す。 パターニングされた上部クラッド有する導波路構造体を提供する方法を示す。 パターニングされた上部クラッド有する導波路構造体を提供する方法を示す。 パターニングされた上部クラッド有する導波路構造体を提供する方法を示す。 パターニングされた上部クラッド有する導波路構造体を提供する方法を示す。 パターニングされた上部クラッド有する導波路構造体を提供する方法を示す。 パターニングされた上部クラッド有する導波路構造体を提供する方法を示す。 平行化された出力を得るために用いられる単一レンズ構造体を有する導波路コアの寸法を示す。

本発明の第１の態様は、少なくとも一側では、少なくとも一の領域おいてコアがクラッド材と接触しないように上部クラッドがパターニングされている集積光導波路に関する。この態様は、単一レンズ構造体を有する集積光導波路と、高屈曲部を有する集積光導波路とである、２つの限定されてない例によって示されるだろう。この態様は、高分子材料、特に光パターニングが可能な高分子を含む集積光導波路に適切であり、通常、様々な種類の材料を含む導波路に適用可能である。

第一に、単一レンズ構造体におけるパターニングされた上部クラッドの例を考慮すると、以下の説明は、平行にされた光線を自由空間に進行させるレンズを中心に行う。しかしながら、これに限定されないことは理解されるべきである。同様の単一レンズ構造体は、同様に平行ビームを導波路に集束するために用いることができる。他の単一レンズ構造体、例えば、レーザーダイオードからの光を導波路に集束するためのレンズにおけるパターニングされた上部クラッドは、本発明の範囲に含まれる。

図３ａには、パターニングされた単一レンズ構造体３０を有するエアクラッド導波路コア１３の平面図が示されており、図３ｂには、その側面図が示されている。また、下部クラッド１２と基板１１も示されている。単一レンズ構造体３０は、テーパー領域３１と曲面３２とを含む。コア１３に沿って導入された光は、テーパー領域３１に発散し、曲面３２における屈折によって基板と平行な方向にされる。そのレンズは、導波路を有する単一構造体であるので、その２つの部分の間に接合部分があった場合に生じる損失や散乱は存在しない。基板に垂直な方向にその光線を平行化することが要求される場合は、二方向に平行化された光線３４を作り出すために横円柱型レンズ３３を使用することができる。そのコア１３と単一レンズ構造体３０は、諸望の形状にパターニング可能なあらゆる光学材料を含む。例えば、それらは、火炎加水分解によって堆積され、フォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によってパターニングされたゲルマニウムでドーピングされたシリカを含む。より望ましくは、それらは、透過性高分子（例えば、スピンコーティングで堆積される）を含み、フォトリソフラフィとそれに後続する適切な溶剤を用いた湿式現像によってパターニングされる。この構造に基づく１つの利点は、それを作製するために使用されるフォトリソグラフィ方法は、パターニングが正確であり、フォトリソグラフィで使用されるマスクの精度によってのみ制限されるということである。特に、高度に平行化された出力ビームを発生させるように、そのレンズの湾曲（曲率）は設計されることができる。あるいはまた、収束ビームを発生させるか、またはレーザーダイオードから照射された光を集めるように、レンズの湾曲（曲率）は設計されることができる。そのレンズの湾曲は、曲面３２として示されているが、要求される平行ビームまたは収束ビームを発生させるのに適切な如何なる形状も有することができる。例えば、それは、円、楕円、放物線または双曲線の一部、または多項式で表される如何なる曲線も含むことができる。また、それは曲面に近似する複数の直線状の部分を含むことができる。実際には、単一レンズ構造体をパターニングするために必要なマスクを作製するために通常必要とするデジタル処理は、その曲面が複数の直線状の部分から構成されるであろうことを意味する。２番目の利点は、光導波路回路がダイスカットされる前にレンズを生産することができるということである。

機械的損傷からそれを保護するために上部クラッドを有する単一コア及び／またはレンズを提供することは望ましい。しかしながら、レンズは、光が自由空間に真っ直ぐに進むことを可能にする必要があるので、曲面３２は、その構造体を保護するために用いられるどのクラッドにも覆われることができない。この状況は、図４ａ（平面図）と図４ｂ（側面図）に示されている。この場合、その光は、上部クラッド１４から発散し、高い発散出力４０として屈折される前に発散し続けるので、その曲面３２は、出現した光を屈折して平行化された光線にすることは可能ではない。上部クラッド材料に平行化されたビームを進めるようにそのレンズが設計されても、その出力ビームは、その上部クラッドの平坦化における如何なる欠陥によっても影響を受けるだろう。

上部クラッドは、堆積されるだけで、パターニングされないのであれば、曲面の必要な空気界面は、それをカッティングすることによって修復されて、図５ａ（平面図）と図５ｂ（側面図）に示されているような形状にされる。結果として得られる構造体には良好な機械的完全性があるが、曲面は、通常のダイシングソーまたは基板切断方法によって作製することができないので、そのカッティング処理は非現実的である。さらに、そのカッティング処理で得られるそのレンズの形状や品質は、ここに示されたフォトリソグラフィ処理によって得られる形状や品質より一般的に劣るだろう。

本発明によると、その導波路と単一レンズ構造体は、保護されることができて、レンズ／空気界面は、パターニングされた上部クラッドを用いることによって維持される。パターニングされた上部クラッドを有する単一レンズ構造体のための１つの可能な限定されない構成は、図６ａ（平面図）と図６ｂ（側面図）に示されている。前述のように、そのコア１３と単一レンズ構造体３０は、所定の形状にパターニングすることができるあらゆる光学材料を含む。望ましくは、それらは、フォトリソグラフィと、それに後続する適切な溶剤を用いた湿式現像によってパターニングすることができる、光学的に透明な高分子（例えば、スピンコーティングによって堆積される）を含む。しかしながら、ガラスまたは半導体のようなあらゆる他の光学材料は、例えばＲＩＥによってパターニングされるそのコアと単一レンズ構造体のために用いることができる。

そのコア１３と単一レンズ構造体３０が形成された後に、光パターニングが可能な高分子は、それらの上にスピンコーティングされる。その曲面３２の上の硬化していない高分子の部分をマスクすることによって、その高分子の残部は、フォトリソグラフィ処理で化学線に晒されることで硬化される。それから、その高分子のマスクされた領域（すなわち、硬化されていない領域）は、適切な溶剤、例えば、アセトンまたはイソプロパノールを用いて溶解されることによって、パターニングされた上部クラッド６０が得られる。この構成では、その上部クラッドの端部６１は、テーパー面または曲面の後の任意な位置に配置されることができる。例えば、それは、コア頂部またはテーパー頂部６３の周辺に配置されることができる。

望ましくは、その高分子は、電子線に晒すことによって架橋することができる炭素−炭素二重結合やエポキシ基のような架橋性の機能を有し、それによって、選択された溶剤でその不溶性の材料を粉砕する。Ｘ線や電子線のような電離放射線が相応しいけれども、望ましくは、その化学線は紫外線である。このフォトリソグラフィ処理には高い精度は必要ないので、その架橋処理の熱活性化は、例えば、マスクを用いたＣＯ_２レーザーによって行うことも適切であるかもしれない。

パターニングすることができる容易で温和な条件（例えば、溶剤現像に後続される紫外線照射）のため、光パターニング可能な高分子は、そのパターニングされた上部クラッドにとって特に好ましい。その下層となる構造体（コア、単一レンズ構造体及び下部クラッド）に用いられることができる様々な光学材料は、ほとんど全て（ガラス、半導体、架橋高分子を含む）が、フォトリソグラフィで使用される低レベルの紫外線や、現像のために使用される溶剤によって損傷を受けないだろう。ＲＩＥのような他のパターニング技術を使用した場合には、そのようにならないかも知れない。この場合には、他の材料より急速にエッチングすることができる上部クラッド材料を使用しなければならないだろう。あるいは、多くの追加的な処理工程による費用がかかるが、エッチング停止バリア層を使うこともできる。

パターニングされた上部クラッドのために特に好ましい１つの材料は、例えば、米国特許出願番号１０／３０８５６２に開示されているように縮合反応によって合成された紫外線硬化シロキサン重合体である。シロキサン重合体は、さまざまな材料に対して良好な接着性を有しており、汎用の上部クラッドとしても非常に適している。硬化の速度を増加させるように光開始剤か熱開始剤を加えることができる。市販の光開始剤に関する例には、１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン（Irgacure 184）、２−メチル−１−（４−メチルチオフェニル）−２−モルフォリノプロパン−１−オン（Irgacure 907）、２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オン（Irgacure 651）、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタノン−１（Irgacure 369）、４−（ジメチルアミノ）ベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−プロパン−１−オン（Darocur 1173）、ベンゾフェノン（Darocur BP）、１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）−フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチル−１−プロパン−１−オン（Irgacure 2959）、４，４’−ビス（ジエチルアミノ）ベンゾフェノン（DEAB）、２−クロロチオキサントン、２−メチルチオキサントン、２−イソプロピルチオキサントン、ベンゾイン、４，４’−ジメトキシベンゾインが含まれる。可視光線を用いた硬化においては、開始剤は、例えば、カンファーキノンであってもよい。また、２つまたはそれ以上の光開始剤の混合物も使用することができる。例えば、Ｉｒｇａｃｕｒｅ１０００は、８０％のＤａｒｏｃｕｒ１１７３と２０％のＩｒｇａｃｕｒｅ１８４との混合物である。熱硬化のために、ＡＩＢＮ（アゾビスイソブチロニトリル）に加えて、過酸化物（例えば、過酸化ジベンゾイル）、パーオキシジカーボネート、過酸エステル（ｔ−ブチルパーベンゾエート）、パーケタール、ヒドロペルオキシドなどの過酸化物形態の有機化酸化物を開始剤として用いることができる。

したがって、本発明における好ましいパターニング技術である、高分子をフォトリソグラフィを用いたパターニングと湿式現像でパターニングする技術は、前述の従来文献に記載の化学エッチング技術の原理との相違が見られる。両方とも材料の一部を選択的除去することが必要であるが、化学エッチング（エッチング液を用いる異なる組成物は、異なる反応速度を有する）の場合には、その選択性は化学反応に依存し、一方、本発明における好ましいフォトリソグラフィ／湿式現像方法では、選択性は物理的処理（異なる硬化程度を有する高分子は、異なる溶解度を有する）に依存する。

パターニングされた上部クラッドを有する単一レンズ構造体の他の限定されない構成は、図７ａ（平面図）と図７ｂ（側面図）に示されている。この構成では、その上部クラッド７１は、テーパー領域３１の全体を覆い、曲面３２の空気界面を維持するようにパターニングされている。図６ａと図６ｂに関連して上述されたような同様の材料とパターニング技術は、この構成において採用されることができ、さらに、紫外線硬化可能なシロキサン重合体は、特にその上部クラッド材料として好適である。そのコア／レンズと上部クラッド材料の選択性は、この構成において必要ではない。したがって、パターニングは、溶剤現像によって後続される、ＲＩＥまたは望ましくは紫外線に誘引される架橋によって行われる

上部クラッドがパターニングされると直ぐに、そのレンズの曲面に近接して任意にダイシングすることによって、諸望の集積光導波路装置は得ることができる。そのダイシング方向は、通常コアに沿った伝搬の方向に垂直であるが、装置や用途によっては、他のダイシング方向を使用できる。その装置は、１つまたはそれ以上の単一レンズ構造体のアレイを含むことができ、その場合、ダイシングの容易さのためにそれぞれのアレイを互いに平行に配置することが有利である。

ここで、高屈曲部を有する集積光導波路の例を考えるに際し、高屈曲部８１と除去された上部クラッド８２（すなわち、エアクラッド）とがある集積光導波路８０の平面図を図８に示す。この構成は、従来文献で知られているものであるが、コア／クラッドの屈折率の差がその曲部の平面で最大化されるので、曲げ損失が低いという利点があり、低い機械強度と散乱損失に対する影響という欠点がある。

図９は、高屈曲部と上部クラッド９０とを有する集積光導波路の平面図を示す。この構成は、従来文献で知られているものであり、そのコア材料と上部クラッド材料の屈折率の差が、その曲部の外側のコア／クラッド界面を通る光の過度の漏れを防止するには不十分であるので、良好な機械強度と散乱損失という利点があるが、高い曲げ損失という欠点がある。

図１０は、高屈曲部と、パターニングされた材料の上部クラッド／上部エアクラッド１００とを有する集積光導波路の平面図を示しており、その上部クラッド材料は、高屈曲部を有するコアのそれらの領域の周辺には存在しない。この独創的な構成は、良好な機械強度、低散乱損失、および低曲げ損失の利点を併せ持つ。図１０では、その上部クラッドは、高屈曲部を有するコアのそれらの領域にパターニングされており、その上部クラッドは、その曲部の内側と外側の何れの上面と側壁にも存在しない。曲部の外側の側壁に上部クラッドがないということだけが必要なことであることに注意すべきである。

導波モードが材料クラッド領域から空気クラッド領域に伝播して材料クラッド領域に戻るときに、図１０に示された独創的な構成は遷移損失を導入することは注意すべきことである。当業者は、この独創的な構成を最大限に利用するために、曲げ損失の最小化に対してこの遷移損失のバランスをとらなければならないことを理解するだろう。

単一レンズの例に関しては、そのコアと上部クラッド層は、諸望の形状にパターニングすることができるあらゆる光学材料を含んでいてもよい。望ましくは、それらは、それぞれ、適切な溶剤を用いた湿式現像に後続されるフォトリソ工程によってパターニングすることができる光透過性高分子（例えば、スピンコーティングで堆積される）を含む。

米国特許６，５５５，２８８に開示されたコンフォーマルな上部クラッドにおいて、その文献の図７Ａと図７Ｂには、コアと同様の方式（その文献の図４と図５に示されているように）で、その上部クラッドが通常のフォトリソグラフィ／湿式現像処理（すなわち、マスクを通して上部から電子線に晒し、次いで溶剤現像を行う処理）でパターニングされることが示されている。その文献に記載された方法において、パターン照射（すなわち、マスクを用いた電子線）は、種々の画像手段、例えば、マスクアライナー、走査式プロジェクションアライナーまたはステッパーを用いて行うことができる。いずれにしても、その方法は、画像手段の２回の使用、すなわち、そのコアのための１回と、その上部クラッドのための１回の使用を必要とする。同様の画像手段は、両方の露光において使用でき、この場合、その光学素子を作製するためにかかる時間は増加し、多大な間接費を必要な２つの画像手段が使用される。しかしながら、一般に、上部クラッドは、導波路コアと同程度の空間精度でパターニングされることは必要としない。例えば、米国特許６，５５５，２８８の図７Ｂのコアに関する上部クラッドの位置調整、図６の単一レンズ構造体に関する上部クラッドの位置調整、または図１０の曲部に関する上部クラッドの位置調整は、重大ではない。これが本願の図７の単一レンズ構造物のケースではないことに注意すべきであり、そのパターニングされた上部クラッドは、曲面を含めた完全な重ね合わせである必要はない。この理由で、図６に示された構成は、パターニングされた上部クラッドを有する単一レンズ構造体として好まれる。

その文献で説明された方法への代替手段で、その上部クラッドは、下から透過性基板を通して化学線への露光によってパターニングされる。紫外線硬化高分子材料を用いて、このパターニング技術を実施するための可能な手段は、本発明の第２の形態を形成するが、それは、図１１ａ〜１１ｈに示されている。上部クラッドマスクパターン１１０は、例えば、上部クラッドを硬化させるために使用される紫外線を透過する基板１１１上にスクリーン印刷で堆積される。適切な基板材料は、石英、石英ガラス、ガラス、高分子を含んでいる。高分子基板に関する限定されない例は、アクリレート、パースペスク、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、及び、ＰＥＴである。下部クラッド層１２は、基板上にスピンコーティングされ、紫外線を用いて上方から硬化される。コア層１１２は、硬化された下部クラッド層上にスピンコーティングされ、マスク１１４を用いて上部から紫外線１１３によって露光され、溶剤を用いて現像されることによってパターニングされ、結果として導波路コア１３が残る。上部クラッド層１１５は、導波路コアを覆うようにスピンコーティングされ、上部クラッドマスクパターン１１０を用いて下方から紫外線１１６によって露光され、溶剤によって現像されることによってパターニングされ、結果としてパターニングされた上部クラッド１１７が残る。そのパターニングされた上部クラッド１１７は、この独創的な技術を例示するために用いられた任意の構造である。

上述された独創的な技術は、限定的なものではなく、いくつかの可能な変形がある。上部クラッドマスクパターン１１０は、基板よりはむしろ下部クラッド層にスクリーン印刷される。この場合、化学線は下部クラッド層を通り抜けないが、はっきりした境界がパターニングされた上部クラッドに要求される（回折によって制限される）のであれば、そのことは有利である。他の変形例では、その基板は透過的であるので、その下部クラッド層１２は、省略されてもよい（その基板の屈折率がそのコアの屈折率以下である限り）。さらに別の変形例では、画像手段を必要とし、この独創的な技術の主要な利点を取り除くが、その上部クラッドマスクパターン１１０は、フォトグラフィを用いてプリンティングされることができる。

その上部クラッドマスクパターン１１０は、その上部クラッドをパターニングするために使用される化学線（通常、紫外線）を吸収するあらゆる材料で構成することができる。例えば、それは、アルミニウムなどの金属または紫外線を吸収する顔料で構成することができる。望ましくは、それは、スクリーン印刷に適した顔料、染料またはメタリックペイントで構成される。より望ましくは、それは、コア層内で誘導される光（通常、近赤外線）を吸収せず、紫外線を強く吸収する材料で構成される。共役炭素−炭素二重結合及び／または芳香環がある化合物のような材料は、一般的であって、文献で知られている。上部クラッドマスクパターン１１０は、そのまま取り除かれるので、これは非常に有利な特性である。

さらに別の変形例では、リバースマスクパターンは、透過性の基板上、および、例えば、サンドブラストまたはエッチング（例えば、その基板が石英シリカである場合、弗酸を用いて）によって粗くされた表面領域上にスクリーン印刷されることができる。それから、そのリバースマスクパターンは、例えば溶剤を用いて除去され、電子線を散乱する（効果的に妨げる）粗い外観のパターンとして諸望の上部クラッドマスクが残る。

“下方から照射する”というスキームは、コア層をパターニングすることにおいては知られているが（米国特許５，３５２，５６６、米国特許６，０３７，１０５、米国特許６，２５６，４４１）、上部クラッド層をパターニングするためには知られていない。米国特許６，０３７，１０５、米国特許６，２５６，４４１に開示されているスキームは、実質的に同一であり、紫外線硬化コア層をパターニングするために、下部クラッド上に堆積された上部クラッドマスクパターンを必要とする。米国特許６，０３７，１０５では、“下方から照射する”というスキームは、フォトマスクとの接触によって引き起こされるコアの汚染（コンタミネーション）を防ぐのに使用され、一方、米国特許６，２５６，４４１では、それは、高精度なコアパターンを提供するのに使用される。対照的に、下方から上部クラッド層をパターニングするための独創的なスキームの目的は、必要な製造工程の数、特に画像手段を必要とする工程の数を減少させる。米国特許５，３５２，５６６に開示されているコアパターニングにおける“下方から照射する”というスキームは、多くの点で異なり、ポジ型のフォトレジスト層や反応性イオンエッチング工程を必要とする。

独創的な上部クラッドパターニング技術のさらに別の可能な変形例では、基板と下部クラッド層及び／または上部クラッドマスクパターンとの間にリフトオフ層が挿入される。コアと上部クラッド層とがパターニングされた後に、下部クラッドとパターニングされたコアと上部クラッド層とを基板から分離するために、そのリフトオフ層は除去される。あらゆるフレキシブルな高分子導波路アセンブリが要求される場合に、この変化例は特に好ましい。この変形例の他の利点は、上部クラッドマスクパターンが除去されることを可能にするということである。下部クラッドは、追加的な可塑性高分子基板材料と堆積された光学的品質が良好なクラッド材料との組合せを含み、上部クラッドマスク層は、いくつかの層（透過性基板、リフトオフ層、任意な可塑性高分子基板または下部クラッド）のうちの１つの上に形成することができる。同様のリフトオフ層のスキームは、米国特許６，２５６，４４１に開示されているが、この開示では、下方からパターニングされるのは上部クラッドではなく、コア層である。

下方からの露光によって上部クラッドをパターニングする独創的な方法は、単に本発明のパターニングされた独創的な上部クラッドのみならず、パターニングされた如何なる上部クラッドにも適用可能であり、上部クラッド層は、少なくとも一の領域において、少なくともコアの一側が上部クラッド材料との接触しないようにパターニングされるということは注意すべきことである。例えば、独創的な方法は、米国特許５，８５０，４９８や米国特許６，５５５，２８８に開示されたコンフォーマルな上部クラッドをパターニングするために使用することができる。

（実施例１）
米国特許出願番号１０／３０８５６２に開示された手順に従って、２５００ｃｐ（センチポイズ）の粘性（２０℃において）と１．４８３の屈折率（アッベ屈折計で、室内灯を用いて２０℃で測定された）を有する低屈折率の高分子Ａを準備した。２２００ｃｐの粘性（２０℃において）と１．５０９の屈折率（２０℃において）を有する、より高い屈折率の高分子Ｂを準備した。適当な光開始剤を高分子Ａと高分子Ｂの両方に加えた。

シリコンウエハ上に高分子Ａをスピンコーティングし、水銀ランプからの紫外線によって硬化し、２０μｍの厚さと１．４７８（２０℃、１５５０ｎｍにおいて）の屈折率とを有する下部クラッド層を形成した。下部クラッド上に高分子Ｂをスピンコーティングし、マスクを使用した紫外線でパターニングし、露光されなかった高分子Ｂの材料をイソプロパノールで溶解し、図３ａに示されているようにコアと単一レンズ構造体を形成した。そのコアは、幅が８μｍ、高さが１５μｍであり、１．５０５（２０℃、１５５０ｎｍにおいて）の屈折率を有していた。最後に、高分子Ａをスピンコーティングし、マスクを使用した紫外線でパターニングし、露光されなかった高分子Ａの材料をイソプロパノールで溶解し、図６ａに示されているようにパターニングされた上部クラッドを形成した。

図１２は、単一レンズ構造体１２０を有する、ある特定の導波路の寸法を示す。ここで、その導波路コアの幅１２１は８μｍであり、テーパー部分の長さ１２２は５８０μｍであり、テーパー部分の端部における幅１２３は８５０μｍであり、曲面３２は、テーパーの端から距離１２４が５５０μｍほど延びるように定義された放物線である。コア内で誘導される、波長が８５０ｎｍの光において、この単一レンズ構造体は、基板に平行な方向で、約８５０μｍの幅を有する平行化された出力ビームを作り出すだろう。

（実施例２）
実施例１で得られた高分子Ａをシリコンウエハ上にスピンコーティングし、水銀ランプからの紫外線によって硬化し、２０μｍの厚さと１．４７８（２０℃、１５５０ｎｍにおいて）の屈折率とを有する下部クラッド層を形成した。実施例１で得られた高分子Ｂを下部クラッド上にスピンコーティングし、マスクを使用した紫外線でパターニングし、露光されなかった高分子Ｂの材料をイソプロパノールで溶解し、図８に示されているような４つの高屈曲部を有するコアを形成した。そのコアは、幅が８μｍ、高さが１５μｍであり、１．５０５（２０℃、１５５０ｎｍにおいて）の屈折率を有していた。最後に、コアを覆うように高分子Ａをスピンコーティングし、マスクを使用した紫外線でパターニングし、露光されなかった高分子Ａの材料をイソプロパノールで溶解し、図１０に示されているようにパターニングされた上部クラッドを形成した。

（実施例３）
アクリル基板（パースペクスまたはポリメチルメタクリレート）上に高分子Ａをメニスカスコーティングし、水銀ランプからの紫外線によって硬化し、１０μｍの厚さと１．４７８（２０℃、１５５０ｎｍにおいて）の屈折率とを有する下部クラッド層を形成した。下部クラッド上に高分子Ｂをメニスカスコーティングし、走査型プロジェクションアライナーを使用した紫外線でパターニングし、露光されなかった高分子Ｂの材料をイソプロパノールで溶解し、図３ａに示されているようなコアと単一レンズ構造体を形成した。そのコアは、幅が８μｍ、高さが２０μｍであり、１．５０５（２０℃、１５５０ｎｍにおいて）の屈折率を有していた。最後に、そのコアを覆うように高分子Ａをメニスカスコーティングし、走査型プロジェクションアライナーを使用してパターニングし、露光されなかった高分子Ａの材料をイソプロパノールで溶解し、図６ａに示されているようなパターニングされた上部クラッドを形成した。

（実施例４）
ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）の剥離層をガラスウエハ上にスピンコーティングした。光硬化高分子（Ｎｏｒｌａｎｄ ＮＯＡ６５）をスピンコーティングし、水銀ランプからの紫外線で硬化し、１００μｍの厚さの層を得た。高分子Ａをスピンコーティングし、水銀ランプからの紫外線によって硬化し、１０μｍの厚さと１．４７８（２０℃、１５５０ｎｍにおいて）の屈折率とを有する下部クラッド層を形成した。下部クラッド上に高分子Ｂをスピンコーティングし、マスクアライナーを使用した紫外線でパターニングし、露光されなかった高分子Ｂの材料をイソプロパノールで溶解し、図３ａに示されているようなコアと単一レンズ構造体を形成した。そのコアは、幅が８μｍ、高さが１０μｍであり、１．５０５（２０℃、１５５０ｎｍにおいて）の屈折率を有していた。コアを覆うように高分子Ａをスピンコーティングし、マスクアライナーを使用してパターニングし、露光されなかった高分子Ａの材料をイソプロパノールで溶解し、図６ａに示されているようなパターニングされた上部クラッドを形成した。そのコーティングされたウエハをそのＰＶＡ層を溶解するために水中に入れ、被覆されていないレンズを有する導波路を包含する独立の高分子フィルムをウエハから剥離した。余分な高分子フィルムを除去し、独立するプラスチック基板上に諸望の導波路を得た。

（実施例５）
紫外線吸収染料のマスク層を石英シリカ基板上にスクリーン印刷し、図６ａに示されているようなパターニングされた上部クラッドを形成するために上部クラッド材料が除去された領域を覆う。例えば、実施例１のように、高分子Ａをスピンコーティングし、硬化して下部クラッド層を形成し、高分子Ｂをスピンコーティングし、紫外線でパターニングし、イソプロパノールで露光して図３ａに示されているようなコアとレンズ構造体を形成した。高分子Ａをスピンコーティングし、紫外線吸収染料マスク層を通して転写された諸望のパターンを用いて、下方から紫外線によって硬化する。露光されていない高分子Ａの材料をイソプロパノールで溶解し、図６ａに示されているようなパターニングされた上部クラッドを形成する。

（実施例６）
紫外線吸収染料のマスク層をアクリル基板（パースペスクまたはポリメチルメタクリレート）上にスクリーン印刷し、図６ａに示されているようなパターニングされた上部クラッドを形成するために上部クラッド材料が除去された領域を覆う。その基板上に高分子Ａをメニスカスコーティングし、水銀ランプの紫外線を用いて硬化し、１０μｍの厚さと１．４７８（２０℃、１５５０ｎｍにおいて）の屈折率を有する下部クラッド層を形成する。下部クラッド上に高分子Ｂをメニスカスコーティングし、走査型プロジェクションアライナーを使用した紫外線でパターニングし、露光されなかった高分子Ｂの材料をイソプロパノールで溶解して図３ａに示されているようなコアと単一レンズ構造体を形成した。そのコアは、幅が８μｍ、高さが１５μｍであり、１．５０５（２０℃、１５５０ｎｍにおいて）の屈折率を有していた。高分子Ａをスピンコーティングし、紫外線吸収染料マスク層を通して転写された諸望のパターンを用いて、下方から紫外線によって硬化した。露光されなかった高分子Ａの材料をイソプロパノールで溶解し、図６ａに示されているようなパターニングされた上部クラッドを形成した。

１１ 基板
１２ 下部クラッド
１３ 導波路コア
１４ 上部クラッド
３０ 単一レンズ構造体
３１ テーパー領域
３２ 曲面
３３ 横円柱型レンズ
３４ 光線
６０ 上部クラッド
６１ 上部クラッドの端部
６２ テーパー曲面
６３ テーパー頂部
７１ 上部クラッド
８０ 集積光導波路
８１ 屈曲部
８２ エアクラッド
９０ 上部クラッド
１１０ 上部クラッドマスクパターン
１１２ コア層
１１３ 紫外線
１１４ マスク
１１５ 上部クラッド
１１６ 紫外線

Claims (65)

1. （ａ）基板上に（任意に基板上に下部クラッド層を堆積し、さらに）コア層を堆積する段階と、
   （ｂ）前記コア層をパターニングして、光透過要素を設ける段階と、
   （ｃ）前記光透過要素上に上部クラッド層を堆積する段階と、
   （ｄ）前記上部クラッド層をパターニングして少なくとも一の領域を設ける段階であって、この領域においては前記光透過要素がエアクラッドであるところの段階と、
   を含むことを特徴とするパターニングされた上部クラッドを備えた集積光導波路の製造方法。
2. 前記光透過要素は、少なくとも一端がエアクラッドであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記光透過要素は、単一構造体として導波路とレンズとを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記レンズは、エアクラッド曲面を有することを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記光透過要素は、少なくとも一側がエアクラッドであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記光透過要素は、曲部を有する導波路を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記導波路は、前記曲部の領域にエアクラッド表面を有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記導波路は、前記曲部の外側に対応する側にエアクラッド表面を有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記上部クラッドの一部は、前記光透過要素の一部に一致することを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記光透過要素の頂部は、エアクラッドであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 前記上部クラッド層は、高分子材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 前記高分子材料は、熱硬化性樹脂を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記熱硬化性樹脂は、シロキサン重合体であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記高分子材料は、化学線によって硬化可能な高分子を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
15. 前記化学線は、紫外線であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 前記高分子材料は、シロキサン重合体であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
17. 前記上部クラッド層は、パターニングされた熱源と溶剤に溶解された非硬化材料とを用いた選択的な硬化によってパターニングされ、硬化された材料は前記溶剤に対して不溶性であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
18. 前記上部クラッド層は、パターニングされた紫外線源と溶剤に溶解された非硬化材料とを用いた選択的な硬化によってパターニングされ、硬化された材料は前記溶剤に対して不溶性であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
19. 前記基板は、シリコン、石英、石英ガラス、ガラス、又は、高分子材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
20. 前記高分子材料は、アクリレート、パースペスク、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、又は、ＰＥＴを含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 前記下部クラッド層（存在する場合）と光透過要素は、高分子材料、ガラス及び半導体から選択される材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
22. 前記高分子材料は、化学線によって硬化可能な高分子を含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
23. 前記化学線は、紫外線であることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. 前記高分子材料は、シロキサン重合体であることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
25. 基板と、
    任意で下部クラッド層と、
    光透過要素と、
    少なくとも一のエアクラッド領域を有するパターニングされた上部クラッドと、
    を含むことを特徴とするパターニングされた上部クラッドを有する集積光導波路。
26. 前記光透過要素は、少なくとも一端がエアクラッドであることを特徴とする請求項２５に記載の集積光導波路。
27. 前記光透過要素は、単一構造体として導波路とレンズとを含むことを特徴とする請求項２６に記載の集積光導波路。
28. 前記レンズは、エアクラッド曲面を有することを特徴とする請求項２７に記載の集積光導波路。
29. 前記光透過要素は、少なくとも一側がエアクラッドであることを特徴とする請求項２５に記載の集積光導波路。
30. 前記光透過要素は、曲部を有する導波路を含むことを特徴とする請求項２９に記載の集積光導波路。
31. 前記導波路は、前記曲部の領域にエアクラッド表面を有することを特徴とする請求項３０に記載の集積光導波路。
32. 前記導波路は、前記曲部の外側に対応する側にエアクラッド表面を有することを特徴とする請求項３１に記載の集積光導波路。
33. 前記上部クラッドの一部は、前記光透過要素の一部に一致することを特徴とする請求項２５に記載の集積光導波路。
34. 前記光透過要素の頂部は、エアクラッドであることを特徴とする請求項２５に記載の集積光導波路。
35. 前記上部クラッド層は、高分子材料を含むことを特徴とする請求項２５に記載の集積光導波路。
36. 前記高分子材料は、熱硬化性樹脂を含むことを特徴とする請求項３５に記載の集積光導波路。
37. 前記熱硬化性樹脂は、シロキサン重合体であることを特徴とする請求項３６に記載の集積光導波路。
38. 前記高分子材料は、化学線によって硬化可能な高分子を含むことを特徴とする請求項３５に記載の集積光導波路。
39. 前記化学線は、紫外線であることを特徴とする請求項３８に記載の集積光導波路。
40. 前記高分子材料は、シロキサン重合体であることを特徴とする請求項３９に記載の集積光導波路。
41. 前記上部クラッド層は、パターニングされた熱源と溶剤に溶解された非硬化材料とを用いた選択的な硬化によってパターニングされ、硬化された材料は前記溶剤に対して不溶性であることを特徴とする請求項２５に記載の集積光導波路。
42. 前記上部クラッド層は、パターニングされた紫外線源と溶剤に溶解された非硬化材料とを用いた選択的な硬化によってパターニングされ、硬化された材料は前記溶剤に対して不溶性であることを特徴とする請求項２５に記載の集積光導波路。
43. 前記基板は、シリコン、石英、石英ガラス、ガラス、又は、高分子材料を含むことを特徴とする請求項２５に記載の集積光導波路。
44. 前記高分子材料は、アクリレート、パースペスク、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、又は、ＰＥＴを含むことを特徴とする請求項４３に記載の集積光導波路。
45. 前記下部クラッド層（存在する場合）と光透過要素は、高分子材料、ガラス及び半導体から選択される材料を含むことを特徴とする請求項２５に記載の集積光導波路。
46. 前記高分子材料は、化学線によって硬化可能な高分子を含むことを特徴とする請求項４５に記載の集積光導波路。
47. 前記化学線は、紫外線であることを特徴とする請求項４６に記載の集積光導波路。
48. 前記高分子材料は、シロキサン重合体であることを特徴とする請求項４７に記載の集積光導波路。
49. （ａ）所定の波長を透過する基板の一部に前記所定の波長を透過しないパターニングされたブロッキング層を形成する段階と、
    （ｂ）前記パターニングされたブロッキング層及び／または前記基板の覆われていない部分上にコア層を堆積する段階と、
    （ｃ）前記コア層を上方からパターニングして光透過要素を設ける段階と、
    （ｄ）前記光透過要素上及び／または前記パターンニングされたブロッキング層上及び／または前記基板の覆われていない部分上に、前記所定の波長の光に晒すことによって硬化可能な材料を含む上部クラッド層を堆積する段階と、
    （ｅ）前記上部クラッド層に下方から前記所定の波長の光を照射し、前記パターニングされたブロッキング層上に位置しない前記上部クラッド層の部分を硬化する段階と、
    （ｆ）前記上部クラッド層の非硬化部分を除去する段階と、
    を含むことを特徴とするパターニングされた上部クラッドを備えた光導波路装置の組立方法。
50. （ａ）所定の波長を透過する基板の一部に前記所定の波長を透過しないパターニングされたブロッキング層を形成する段階と、
    （ｂ）前記ブロッキング層上及び／または前記基板の覆われていない部分上に下部クラッド層を堆積する段階と、
    （ｃ）前記下部クラッド層上にコア層を堆積する段階と、
    （ｄ）前記コア層を上方からパターニングして光透過要素を設ける段階と、
    （ｅ）前記光透過要素上及び／または前記下部クラッド層の覆われていない部分上に前記所定の波長の光に晒すことによって硬化可能な材料を含む上部クラッド層を堆積する段階と、
    （ｆ）前記上部クラッド層に下方から前記所定の波長の光を照射し、前記パターニングされたブロッキング層上に位置しない前記上部クラッド層の部分を硬化する段階と、
    （ｇ）前記上部クラッド層の非硬化部分を除去する段階と、
    を含むことを特徴とするパターニングされた上部クラッドを備えた光導波路装置の組立方法。
51. 前記基板は、シリコン、石英、石英ガラス、ガラス、又は、高分子材料を含むことを特徴とする請求項４９に記載の方法。
52. 前記高分子材料は、アクリレート、パースペスク、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、又は、ＰＥＴを含むことを特徴とする請求項５１に記載の方法。
53. 前記パターニングされたブロッキング層は、スクリーン印刷で形成されることを特徴とする請求項４９に記載の方法。
54. 前記上部クラッド層は、前記所定の波長の光に晒されることによって硬化可能な高分子を含むことを特徴とする請求項４９に記載の方法。
55. 前記所定の波長は、紫外領域であることを特徴とする請求項５４に記載の方法。
56. 前記高分子は、シロキサン重合体であることを特徴とする請求項５５に記載の方法。
57. 前記パターニングされたブロッキング層は、前記所定の波長の光を吸収する化合物を含むことを特徴とする請求項４９に記載の方法。
58. 前記パターニングされたブロッキング層は、散乱表面パターンを有し、前記散乱表面は、前記所定の波長の光の伝播を効率的に妨げ、前記光を散乱することを特徴とする請求項４９に記載の方法。
59. 前記散乱表面は、機械摩耗によって形成されることを特徴とする請求項５８に記載の方法。
60. 前記散乱表面は、化学エッチングによって形成されることを特徴とする請求項５８に記載の方法。
61. （ａ）所定の波長の光を透過する基板上に下部クラッド層を堆積する段階と、
    （ｂ）前記所定の波長を有する光を透過しないパターニングされたブロッキング層を前記下部クラッド層上に形成する段階と、
    （ｃ）前記ブロッキング層及び／または前記下部クラッド層の被覆されていない部分上にコア層を堆積する段階と、
    （ｄ）前記コア層を上方からパターニングして光透過要素を設ける段階と、
    （ｅ）前記光透過要素上及び／または前記ブロッキング層上及び／または前記下部クラッド層上に、前記所定の波長の光に晒すことによって硬化可能な材料を含む上部クラッド層を堆積する段階と、
    （ｆ）前記上部クラッド層に下方から前記所定の波長の光を照射し、前記パターニングされたブロッキング層上に位置しない前記上部クラッド層の部分を硬化する段階と、
    （ｇ）前記上部クラッド層の非硬化部分を除去する段階と、
    を含むことを特徴とするパターニングされた上部クラッドを備えた光導波路装置の組立方法。
62. （ｉ）前記パターニングされたブロッキング層を形成した後であって、前記下部クラッド層を堆積する前に、リフトオフ層を形成する段階と、
    （ｉｉ）前記上部クラッド層の非硬化の部分を除去した後に、前記下部クラッド層と、光透過要素と、パターニングされた上部クラッド層と、を前記基板から分離するリフトオフ層を除去する段階と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項６１に記載の方法。
63. （ｉ）前記下部クラッド層を堆積する前に前記基板上にリフトオフ層を形成する段階と、
    （ｉｉ）前記上部クラッド層の非硬化の部分を除去した後に、前記下部クラッド層と、パターニングされたブロッキング層と、光透過要素と、パターニングされた上部クラッド層と、を前記基板から分離するリフトオフ層を除去する段階と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項６１に記載の方法。
64. 前記基板は、シリコン、石英、石英ガラス、ガラス、又は、高分子材料を含むことを特徴とする請求項６１に記載の方法。
65. 前記高分子材料は、アクリレート、パースペスク、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、又は、ＰＥＴを含むことを特徴とする請求項６４に記載の方法。

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