JPH11223740A - ポリイミド光導波路回折格子の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光制御に用いるポリイミド光導波路回折格子
の形成方法、詳しくはフッ素化ポリイミド光導波路に回
折格子を形成する方法を提供することを課題とする。 【解決手段】 本ポリイミド光導波路回折格子の形成方
法は、所望の回折格子パタンを有するＸ線マスク１９を
介して、フッ素化ポリイミド光導波路にＸ線２０を照射
することにより、屈折率が周期的に変化した領域を形成
する工程を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光制御に用いる回折
格子の形成方法、詳しくはフッ素化ポリイミド光導波路
に回折格子を形成する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】回折格子は特定の波長のみを透過や反射
させることにより、光を制御する機能を有する。特に、
光通信・情報処理の分野では、光導波路中に回折格子を
形成させることにより、光の合分波が可能になる。光導
波路中に回折格子を形成する方法としては、紫外線２光
束干渉露光や電子ビーム露光等の高解像度露光技術によ
り、回折格子パタンをレジスト中に形成し、このパタン
を光導波層中にエッチング等により転写し、その後、ク
ラッド層を設ける方法が知られている。

【０００３】このレリーフ型の回折格子形成は、作製プ
ロセスが長く、回折格子の無い従来の光導波路作製工程
を一部変更する必要があるため、回折格子デバイスの価
格が高くなる問題点があった。より簡便に回折格子を形
成する手段として、石英ガラス中に、紫外線照射により
欠陥を生じて屈折率の変化を起こすゲルマニウム等の不
純物を添加しておき、位相マスクを介してエキシマーレ
ーザ光を照射する方法が知られている。この方法で、光
通信に用いる光ファイバー中に回折格子を形成したブラ
ッグファイバー回折格子は、波長の安定化や光ファイバ
ーの分散を補償する手段として近年注目されている。

【０００４】一方、光導波路材料として、低価格やフレ
キシビリティ等の特徴を有する高分子材料が開発されて
いる。特に、ポリイミド系光導波路は耐熱性に優れてい
るため、実用性が高く、高分子の特徴として熱光学定数
が大きいため、熱光学効果によるスイッチ機能を有する
デバイスの構成が可能である。従って、ポリイミド導波
路に回折格子を組み込むことにより、新しい機能の光デ
バイスの構成が可能になる。ポリイミド光導波路に回折
格子を形成するには、前述のエキシマーレーザ光を照射
する方法が使えないため、通常はレリーフ型の回折格子
を形成する必要がある。

【０００５】この従来技術にかかる工程を図１２〜図１
４に示した。先ず、図１２（ａ）に示す基板０１上に下
部クラッド０２とコア層０３とを形成する（図１２
（ｂ））。この上に薄いレジスト０４をスピンコート
し、紫外線２光束干渉露光、あるいは電子ビーム露光０
５し（図１２（ｃ））、所望の回折格子パタン０６を形
成し、現像する（図１３（ａ））。得られた回折格子パ
タン０６をマスクにコア層０３を所望の深さエッチング
した後（図１３（ｂ））、レジスト０４を剥離して、レ
リーフ型の回折格子コア層０７が形成される（図１３
（ｃ））。この後、通常の光導波路形成プロセスを施
す。即ち、（図１３（ｄ））に示すように、レジスト０
８を塗布後、光導波路パタンを有するホトマスク０９を
介して、紫外線露光０１０と現像により、光導波路パタ
ン０１１を形成し、その後、ドライエッチングで光導波
路コア層０１２をエッチング加工し（図１４（ｂ））、
レジスト０８を剥離後（図１４（ｃ））、上部クラッド
０１３を形成する（図１４（ｄ））。

【０００６】これからも明らかなように、レリーフ型回
折格子を有する光導波路の作製工程は通常の光導波路形
成の２倍にあたり、効率性や経済性に問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、フッ
素含有ポリイミド光導波路回折格子の簡便な製造方法を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の［請求項１］にかかるポリイミド光導波路回折格子
の形成方法は、所望の回折格子パタンを有するＸ線マス
クを介して、フッ素化ポリイミド光導波路にＸ線を照射
することにより、屈折率が周期的に変化した領域を形成
する工程を有することを特徴とする。

【０００９】［請求項２］にかかるポリイミド光導波路
回折格子の形成方法は、所望の光導波路パタンと所望の
回折格子パタンとを有するＸ線マスクを介して、フッ素
化ポリイミド光導波構造膜にＸ線を照射することによ
り、屈折率が周期的に変化した回折格子領域と屈折率が
一様に変化した導波路部とを同時に形成する工程を有す
ることを特徴とする。

【００１０】［請求項３］にかかるポリイミド光導波路
回折格子の形成方法は、［請求項２］において、前記Ｘ
線マスクの前記光導波路パタンと前記回折格子パタンと
でＸ線吸収体の膜厚が異なるＸ線マスクを用いることを
特徴とする。

【００１１】すなわち、本発明を概説すれば、フッ素含
有ポリイミド光導波路に回折格子を形成する方法に関す
るもので、フッ素含有ポリイミド光導波路に回折格子パ
ターンを有するＸ線マスクを介して、Ｘ線を照射するこ
とを特徴とする。本発明者らは既にフッ素を含有するポ
リイミドにＸ線を照射するのみで、エッチング等の加工
を行う必要が無く、光導波路を形成できることを見い出
している（特願平６−１６９６７）。それによれば、Ｘ
線のような高エネルギー線をフッ素化ポリイミドに照射
すると、フッ素原子が脱離して屈折率が高くなることに
より、照射部分が光２波路のコアとなり、ドライエッチ
ング等の加工プロセスが不要で直接光導波路の形成が可
能である。本発明はこの技術を更に発展させて、回折格
子の形成を可能としたものである。

【００１２】光通信や光情報処理に利用可能な波長帯
は、通信用には１．３μｍあるいは１．５μｍ帯、ＬＡ
Ｎや光情報処理では、これらの他に、可視光の０．７〜
０．９μｍ帯である。回折格子の周期（Ｐ）は、用いる
波長（λ）と光導波路層の実効屈折率（ｎ_eff ）により
以下の関係式で与えられる。

【００１３】

【数１】 Ｐ＝Ｎλ／２ｎ_eff （Ｎは回折格子の次数）

【００１４】フッ素化ポリイミドの屈折率は１．５２程
度であるため、１次の回折格子の場合の周期は、１．５
μｍ帯で０．５１μｍ程度、１．３μｍ帯で０．４３μ
ｍ程度、０．７〜０．８μｍ帯では０．２３μｍ〜０．
２６μｍ程度と、光導波路の典型的なパタン幅である５
μｍ〜１０μｍと比べると１桁以上高い解像度が必要と
なる。光導波路はコア層の上下左右を屈折率の小さなク
ラッド層で囲むことにより、光の導波路外への漏洩を防
ぐ構造をとり、コア層の厚さは通常５〜１０μｍ程度で
あるため、電子線や紫外線を照射すると、コア層の中で
ビームがぼやけて、上記のような高い解像度が得られな
い。

【００１５】しかしながら、本発明者らは、波長の短い
Ｘ線では直進性が優れていることと、Ｘ線源の中でも、
ＳＯＲ光のビーム平行性が優れていることに着目し、回
折格子パタンを有するＸ線マスクを介して、ＳＯＲ光を
照射することにより、簡便に厚いコア層に回折格子パタ
ンに応じた屈折率変調型の回折格子が得られることを見
い出し、本発明に至った。

【００１６】更に、この方法では、従来の光導波路作製
工程に従って、上部クラッドまで形成した上からＳＯＲ
光を照射することによっても、コア層に回折格子を形成
出来ることから、従来の光導波路製造工程を何ら変更す
る必要がないという利点もある。

【００１７】更には、ＳＯＲ光を照射することにより、
通常の光導波路も形成出来るため、所望の導波路パタン
と回折格子パタンを●するＸ線マスクを使用することに
より、両者を一度のＳＯＲ光照射で形成出来る。これ
は、フッ素化ポリイミドのスピンコートと１回のＳＯＲ
光照射でデバイスを形成出来るため、大幅に工程を簡略
化できるメリットがある。この場合、デバイス特性を向
上させるためには、光導波路部分と回折格子部分の屈折
率変化の最適量、即ち、ＳＯＲ光照射量を変化させる必
要があるが、Ｘ線マスクのＸ線吸収体の厚さを光導波路
部分と回折格子部分で変化させる方法により、コア部分
に吸収されるＸ線の量を変化でき、１枚のＸ線マスクと
１回のＳＯＲ光照射のみでデバイスの高性能化が実現さ
れる利点がある。

【００１８】本発明では、Ｘ線強度とビームの平行性か
らＳＯＲ光を用いているが、通常の電子線励起型のＸ線
発生源やプラズマを用いたＸ線発生源を用いても、同様
の効果が得られることは明らかである。また、本発明で
はフッ素原子が含有するポリイミドであれば同様の効果
が得られるが、フッ素化テトラカルボン酸またはその誘
導体とジアミンから製造したフッ素化ポリイミド、テト
ラカルボン酸またはその誘導体とフッ素化ジアミンから
製造したフッ素化ポリイミド、あるいはフッ素化テトラ
カルボン酸またはその誘導体とフッ素化ジアミンから製
造したフッ素化ポリイミド、を用いる事ができる。これ
らのフッ素化ポリイミドは、単体だけではなく、フッ素
化ポリイミド共重合体、およびこれらに必要に応じて添
加材等を添加したものなどを用いることができる。

【００１９】テトラカルボン酸あるいはフッ素化テトラ
カルボン酸並びにこれらの誘導体としては酸無水物、酸
塩化物、エステル化物等をあげられる。

【００２０】ここではテトラカルボン酸あるいはフッ素
化テキラカルボン酸としての例をあげる。（トリフルオ
ロメチル）ピロメリット酸、ジ（トリフルオロメチル）
ピロメリット酸、ジ（ヘプタフルオロプロピル）ピロメ
リット酸、ペンタフルオロエチルピロメリット酸、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、２，３，３′，４′−ビフェニルテトラカ
ルボン酸、３，３′，４，４′−テトラカルボキシジフ
ェニルエーテル、２，３，３′，４′−テトラカルボキ
シジフェニルエーテル、３，３′，４，４′−ベンゾフ
ェノンテトラカルボン酸、２，３，６，７−テトラカル
ボキシナフタレン、１，４，５，７−テトラカルボキシ
ナフタレン、１，４，５，６−テトラカルボキシナフタ
レン、３，３′，４，４′−テトラカルボキシジフェニ
ルメタン、３，３′４，４′−テトラカルボキシジフェ
ニルスルホン、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフ
ェニル）プロパン、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、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、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、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、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、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、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、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、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、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、３，４，９，１０−テトラカルボキシペリレン、
２，２−ビス｛４−（３，４−ジカルボキシフェノキ
シ）フェニル｝プロパン、ブタンテトラカルボン酸、シ
クロペンタンテトラカルボン酸、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、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、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、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、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、ビス（３，４−ジカルボキシフェニ
ル）ジメチルシラン、１，３−ビス（３，４−ジカルボ
キシフェニル）テトラメチルジシロキサン、ジフルオロ
ピロメリット酸、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、
１，４−ビス（３，４−ジカルボキシトリフルオロフェ
ノキシ）オクタフルオロビフェニルなどである。

【００２１】ジアミンあるいはフッ素化ジアミンとして
は、例えば次のものがあげられる。ｍ−フェニレンジア
ミン、２，４−ジアミノトルエン、２，４−ジアミノキ
シレン、２，４−ジアミノデュレン、４−（１Ｈ，１
Ｈ，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−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−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，１
Ｈ，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、ｐ−フェニレンジアミン、
２，５−ジアミノトルエン、２，３，５，６−テトラメ
チル−ｐ−フェニレンジアミン、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、ベンジジン、２，２′−ジメチルベンジジン、３，
３′−ジメチルベンジジン、３，３′−ジメトキシベン
ジジン、２，２′−ジメトキシベンジジン、３，３′，
５，５′−テトラメチルベンジジン、３，３′−ジアセ
チルベンジジン、２，２′−ビス（トリフルオロメチ
ル）−４，４′−ジアミノビフェニル、オクタフルオロ
ベンジジン、３，３′−ビス（トリフルオロメチル）−
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、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、２，２−
ビス（ｐ−アミノフェニル）プロパン、３，３′−ジメ
チル−４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、３，
３′−ジメチル−４，４′−ジアミノジフェニルメタ
ン、１，２−ビス（アニリノ）エタン、２，２−ビス
（ｐ−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−ビ
ス（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、４，４''' −ジ
アミノ−ｐ−クオータ−フェニル、４，４′−ビス（ｐ
−アミノフェノキシ）ビフェニル、２，２−ビス｛４−
（ｐ−アミノフェノキシ）フェニル｝プロパン、４，
４′−ビス（３−アミノフェノキシフェニル）ジフェニ
ルスルホン、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、ジ
アミノアントラキノン、１，５−ジアミノナフタレン、
２，６−ジアミノナフタレン、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、ビス（２，３，５，６）−テトラフルオロ−４
−アミノフェニル）エーテル、ビス（２，３，５，６）
−テトラフルオロ−４−アミノフェニル）スルフィド、
１，３−ビス（３−アミノプロピル）テトラメチルジシ
ロキサン、１，４−ビス（３−アミノプロピルジメチル
シリル）ベンゼン、ビス（４−アミノフェニル）ジエチ
ルシラン、１，３−ジアミノテトラフルオロベンゼン、
１，４−ジアミノテトラフルオロベンゼン、４，４′−
ビス（テトラフルオロアミノフェノキシ）オクタフルオ
ロビフェニル等がある。

【００２２】特に上記のフッ素化ポリイミドの中で光透
過性、耐熱性でバランスの取れたものとして、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）とジアミンから合成した
フッ素化ポリイミドもしくはその共重合体、及び１，４
−ビス（３，４−ジカルボキシトリメルオロフェノキ
シ）テトラフルオロベンゼン二無水物（１０ＦＥＤＡ）
とジアミンから合成したフッ素化ポリイミドもしくはそ
の共重合体をはじめとした、表１の組み合わせフッ素化
ポリイミド、あるいはフッ素化ポリイミド共重合体が適
している。

【００２３】下記「表１」で示す記号については以下の
通りである。 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 10ＦＥＤＡ ： 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 ＯＤＰＡ ： ４，４′−オキシジフタル酸無水物 ＢＴＤＡ ： ３，３′，４，４′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸 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 ４ＦＭＰＤ ： テトラフルオロ−ｍ−フェニレンジアミン ８ＦＯＤＡ ： ビス（２，３，５，６−テトラフルオロ−４−アミノフ ェニル）エーテル 4,4'−ＯＤＡ ： ４，４′−オキシジアニリン 3,4'−ＯＤＡ ： ３，４′−オキシジアニリン 2,4'−ＯＤＡ ： ２，４′−オキシジアニリン ３ＦＤＡＭ ： １，１−ビス（４−アミノフェニル）−１−フェニル− ２，２，２−トリフルオロエタン ３ＦＥＤＡＭ ： ［１，１−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニ ル］−１−フェニル−２，２，２−トリフルオロエタン ］ 3,3'−ＤＤＳＯ２：３，３′−ジアミノジフェニルスルホン 4,4'−ＤＤＳＯ２：４，４′−ジアミノジフェニルスルホン 4,4'−ＭＤＡ ： ４，４′−メチレンジアニリン ４−ＢＤＡＦ ： 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 ＡＰＨＦ３３ ： 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 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

【００２４】

【表１】

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
するが、本発明はこれに限定されるものではない。

【００２６】［第１の実施の形態］図１〜３は本発明の
請求項１の実施の一形態を示すものである。まず、図１
（ａ）に示す基板１１上にスピンコート法で、下部クラ
ッド１２となる屈折率の相対的に低いフッ素化ポリイミ
ドの前駆体であるポリアミド酸溶液を塗布し、加熱によ
りイミド化した後、コア層１３となる屈折率の相対的に
高いフッ素化ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸溶
液を塗布し、加熱によりイミド化する（図１（ｂ））。
この上にホトレジスト１４をスピンコートして、光導波
路パタンを有するホトマスク１５を介して紫外線１６で
露光する（図１（ｃ）。次いで、レジスト１４を現像し
て光導波路パタン１７を形成する（図２（ａ））。この
レジストパタン１７をマスクとして、ドライエッチング
により光導波路コア層１８をエッチングし、その後レジ
スト１４を剥離する（図２（ｂ））。この基板に１次回
折格子パタンを有するＸ線マスク１９を介してＸ線２０
を照射する（図３（ａ））。この後、上部クラッド層２
２として屈折率の相対的に低いフッ素化ポリイミドの前
駆体であるポリアミド酸溶液を塗布し、加熱によりイミ
ド化して、導波路回折格子２１が得られる（図３
（ｂ），（ｃ））。上部クラッドとなるＸ線マスクは電
子ビーム露光とドライエッチングで作製出来るが、Ｘ線
マスク製造業者から購入することもできる。照射するＸ
線の量は、必要な屈折率変化量で異なる。

【００２７】図４はＸ線照射量とフッ素化ポリイミド
（表１に示す（６ＦＤＡ／ＴＦＤＢ）：（６ＦＤＡ／
４，４′−ＯＤＡ）の共重合比６：４）の屈折率変化量
を求めた一例で、照射量（ＳＯＲリング中の蓄積電流値
と照射時間の積：アンペア・秒で表わされている）の増
加と共に、Ｆ原子の脱離量が多くなり、屈折率が向上す
る。同時に照射量と共に、光導波路の損失も増加するこ
とから、適正照射量を決定する必要がある。

【００２８】図１〜図３に示す第１の実施の形態の方法
では、レリーフ型回折格子を形成する場合の例の従来技
術にかかる図１２〜図１４と比べると、回折格子形成に
Ｘ線を照射するだけで、加工プロセスが不要のため、工
程数は半減している。

【００２９】［第２の実施の形態］図５〜図７は本発明
の請求項１の実施の別の形態を示すものである。まず、
図５（ａ）に示す基板３１上にスピンコート法で、下部
クラッド３２となる屈折率の相対的に低いフッ素化ポリ
イミドの前駆体であるポリアミド酸溶液を塗布し、加熱
によりイミド化した後、コア層３３となる屈折率の相対
的に高いフッ素化ポリイミドの前駆体であるポリアミド
酸溶液を塗布し、加熱によりイミド化する（図５
（ｂ））。この上にホトレジスト３４をスピンコートし
て、光導波路パタンを有するホトマスク３５を介して紫
外線３６を露光する（図５（ｃ））。次に、レジスト３
４を現像して光導波路パタン３７を形成する（図６
（ａ））。このレジストパタン３７をマスクとして、ド
ライエッチングにより光導波路コア層３８をエッチング
する（図６（ｂ））。その後レジスト３４を剥離する
（図７（ａ））。次に、上部クラッド層３９として屈折
率の相対的に低いフッ素化ポリイミドの前駆体であるポ
リアミド酸溶液を塗布し、加熱によりイミド化する。こ
こまでで、回折格子のない従来の光導波路形成工程は終
了する。この基板に１次回折格子パタンを有するＸ線マ
スク４０を介してＸ線４１を照射する（図７（ｂ））し
て、導波路回折格子４２を得る（図７（ｃ））。図１〜
３に示した第１の実施の形態と比較すると、上部クラッ
ドでもＸ線が吸収されるため、必要なＸ線照射量が増加
するが、従来の光導波路作製工程を全く変更する必要が
ない利点がある。なお、ここでは図示していないが、こ
の時クラッド部の屈折率も変化するが、コア部の屈折率
差が存在するため導波路の特性は問題なく保たれる。

【００３０】［第３の実施の形態］図８，９は本発明の
請求項２の実施の一形態を示すものである。まず、図８
（ａ）に示す基板５１上にスピンコート法で、下部クラ
ッド５２となる屈折率の相対的に低いフッ素化ポリイミ
ドの前駆体であるポリアミド酸溶液を塗布し、加熱によ
りイミド化した後、コア層５３となる屈折率の相対的に
高いフッ素化ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸溶
液を塗布し、加熱によりイミド化する（図８（ｂ））。
この基板に光導波路パタン５４と１次回折格子パタン５
５を有するＸ線マスク５６を介してＸ線５７を照射し
（図９（ａ））、その後、上部クラッド層５８として屈
折率の相対的に低いフッ素化ポリイミドの前駆体である
ポリアミド酸溶液を塗布し、加熱によりイミド化して導
波路回折格子５９を得る（図９（ｂ），（ｃ））。

【００３１】これは、従来技術にかかる図１２〜図１４
のレリーフ型の工程を大幅に削減するだけでなく、本発
明の請求項１の実施形態に比較しても、更に工程が削減
できるため、大きな経済的利点がある。

【００３２】この請求項２の実施形態では、光導波路形
成と回折格子形成では、最適照射量が異なり、その最適
値は用いる材料の組み合わせで異なるが、ほとんどの場
合、回折格子形成により大きな照射量を必要とする。本
発明の請求項３の実施形態は光導波路形成、回折格子形
成を共に最適照射量にする方法を提供するものである。

【００３３】図１０は請求項３の実施に用いるＸ線マス
クの構造を示すものである。本Ｘ線マスク６１では、マ
スクフレームとなるシリコン基板６２上に、Ｘ線を透過
する窒化シリコンのような薄膜６３を配置し、この上
に、タンタル、タングステン、金等の重金属からなるＸ
線吸収体６４で構成される。この吸収体の光導波路部分
６５と回折格子部分６６でタンタルの膜厚を変えてあ
る。ここでは、透過薄膜に窒化シリコン膜、Ｘ線吸収帯
にタンタル金属を用いたが、この場合、０．７ｎｍ近辺
の波長のＸ線の透過率はフッ素化ポリイミドでは厚さ１
μｍで９０％で、１０％のＸ線が吸収される。一方、膜
厚１μｍのタンタルの透過率は約５％で、９５％のＸ線
は吸収される。コア層に直接Ｘ線を照射する場合を考え
ると、吸収体が厚さ１．０μｍのタンタルで、回折格子
のラインとスペース比１：１で完全にエッチングされて
いるとして、回折格子形成に最適な照射量は約４０アン
ペア秒で、一方、光導波路形成の最適照射量が２０アン
ペア秒の場合は、光導波路部分の吸収体は約０．５μｍ
エッチングして、０．５μｍのタンタルを残す。最適照
射量はフッ素化ポリイミドの種類や、導波路幅、回折格
子パタンのラインとスペースの比によりかなり変化する
ので、光導波路部分に残すタンタルの膜厚は、その都度
最適化する。

【００３４】この場合の実施の形態は基本的に図８，９
と同じで、Ｘ線マスクとして、図１０の構造のものを用
いることになる。

【００３５】

【実施例】以下、図面を用いて本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。

【００３６】＜実施例１＞ 表１に示した（６ＦＤＡ／ＴＦＤＢ）：（６ＦＤＡ／
４，４′−ＯＤＡ）の共重合比が７：３のフッ素化ポリ
イミド共重合体の前駆体であるフッ素化ポリアミド酸の
ＤＭＡｃ１５ｗｔ％溶液をシリコン基板上にスピンコー
トした後、オーブン中３８０℃で１時間加熱しイミド化
を行い下部クラッド層（屈折率は１．５５μｍの時
ｎ_TE；１．５３３、ｎ_TM；１．５２４）を形成した。次
に、下部クラッド層へ、（６ＦＤＡ／ＴＦＤＢ）：（６
ＦＤＡ／４，４′−ＯＤＡ）の共重合比が６：４のフッ
素化ポリイミド共重合体の前駆体であるフッ素化ポリア
ミド酸のＤＭＡｃ１５ｗｔ％溶液を、加熱イミド化後の
膜厚が８ｍｍになるようにスピンコートした。その後、
オーブン中で３８０℃で１時間加熱しイミド化を行いコ
ア層（屈折率は、１．５５μｍの時ｎ_TE；１．５３８、
ｎ_TM；１．５３０）を形成した。次に、コア層上へフォ
トレジストをスピンコートした後、光導波路のＣｒマス
クパターンをフォトリソグラフ法によってレジストに転
写させた。次に、フォトレジストの現像を行う事によ
り、コア層上へ光導波路のマスクパターンを形成した。
マスクパターンが形成されたコア層に対して、反応性イ
オンエッチング（ＲＩＥ）法を用いてエッチングを行
い、幅８μｍの光導波路のコアパターンを形成した。次
に、この上に、下部クラッド層２と同じ（６ＦＤＡ／Ｔ
ＦＤＢ）：（６ＦＤＡ／４，４′−ＯＤＡ）の共重合比
が７：３のフッ素化ポリイミド共重合体の前駆体である
フッ素化ポリアミド酸のＤＭＡｃ１５ｗｔ％溶液をスピ
ンコートした後、オーブン中３８０℃で１時間加熱しイ
ミド化を行い、下部クラッド層と同じ屈折率を持つ上部
クラッド層を形成した。

【００３７】一方、３インチシリコン基板に厚さ２μｍ
の窒化シリコンメンブレンを熱ＣＶＤで形成し、この上
にタンタルを１μｍスパッタリングで形成し、この上に
０．３μｍの酸化シリコンをプラズマＣＤＶで形成し
た。ポジ型電子線レジストＺＥＰ（日本ゼオン製）を塗
布して、回折格子に相当する部分に幅０．２５μｍ、周
期０．５１μｍの回折格子パタンを電子ビームで露光
し、現像後、酸化シリコンをエッチング除去し、これを
マスクにタンタルをエッチングした。その後、マスクと
した酸化シリコンを除去し、シリコン基板をバックエッ
チングすることにより、Ｘ線マスクとした。このＸ線マ
スクと前記ポリイミド導波路基板を６０μｍのギャップ
を介して近接させ、ＮＴＴのＳＯＲ施設において、波長
約０．７ｎｍのＸ線を１６０アンペア・秒照射した。こ
の後、シリコン基板を切断し、端面を研磨して、光導波
路回折格子の反射特性を測定したところ、図１１のよう
に、所定の波長で、消光比２４ｄＢ、ピーク半値幅０．
６ｎｍの良好な回折特性が得られた。

【００３８】＜実施例２＞ 表１に示した（６ＦＤＡ／ＴＦＤＢ）：（６ＦＤＡ／
４，４′−ＯＤＡ）の共重合比が７：３のフッ素化ポリ
イミド共重合体の前駆体であるフッ素化ポリアミド酸の
ＤＭＡｃ１５ｗｔ％溶液をシリコン基板上にスピンコー
トした後、オーブン中３８０℃で１時間加熱しイミド化
を行い下部クラッド層（屈折率は１．５５μｍの時
ｎ_TE；１．５３３、ｎ_TM；１．５２４）を形成した。次
に、下部クラッド層へ、（６ＦＤＡ／ＴＦＤＢ）：（６
ＦＤＡ／４，４′−ＯＤＡ）の共重合比が６：４のフッ
素化ポリイミド共重合体の前駆体であるフッ素化ポリア
ミド酸のＤＭＡｃ１５ｗｔ％溶液を、加熱イミド化後の
膜厚が８ｍｍになるようにスピンコートした。その後、
オーブン中で３８０℃で１時間加熱しイミド化を行いコ
ア層（屈折率は１．５５μｍの時ｎ_TE；１．５３８、ｎ
_TM；１．５３０）を形成した。次に、コア層上へフォト
レジストをスピンコートした後、光導波路のＣｒマスク
パターンをフォトリソグラフ法によってレジストに転写
させた。次に、フォトレジストの現像を行う事により、
コア層上へ光導波路のマスクパターンを形成した。マス
クパターンが形成されたコア層に対して、ＲＩＥ法を用
いてエッチングを行い、幅８μｍの光導波路のコアパタ
ーンを形成した。

【００３９】この基板と、実施例１で用いたＸ線マスク
を６０μｍのギャップを介して近接させ、ＮＴＴのＳＯ
Ｒ施設において、波長約０．７ｎｍのＸ線を４０アンペ
ア・秒照射した。その後、この上に、下部クラッド層２
と同じ（６ＦＤＡ／ＴＦＤＢ）：（６ＦＤＡ／４，４′
−ＯＤＡ）の共重合比が７：３のフッ素化ポリイミド共
重合体の前駆体であるフッ素化ポリアミド酸のＤＭＡｃ
１５ｗｔ％溶液をスピンコートした後、オーブン中３８
０℃で１時間加熱しイミド化を行い、下部クラッド層と
同じ屈折率を持つ上部クラッド層を形成した。この後、
シリコン基板を切断し、端面を研磨して、光導波路回折
格子の反射特性を測定したところ消光比２５ｄＢ、ピー
ク半値幅０．５ｎｍの良好な回折特性が得られた。

【００４０】＜実施例３＞ 表１に示した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
（１０ＦＥＤＡ）とテトラフルオロ−ｍ−フェニレンジ
アミン（４ＦＭＰＤ）から合成したフッ素化ポリイミド
（１０ＦＥＤＡ／４ＦＭＰＤ）からなるフッ素化ポリイ
ミド（屈折率は、１．５５μｍの時ｎ_TE；１．５２７、
ｎ_TM；１．５１８）の前駆体であるポリアミド酸のＤＭ
Ａｃ１５ｗｔ％溶液をスピンコートして、オーブン中３
８０℃で１時間加熱しイミド化を行い、厚さ１５μｍの
下部クラッド層を形成した。次いで、（１０ＦＥＤＡ／
４ＦＭＰＤ）と（６ＦＤＡ／４，４′−ＯＤＡ）の共重
合比が８：２のフッ素化ポリイミド共重合体（屈折率
は、１．５５μｍの時ｎ_TE；１．５３５、ｎ_TM；１．５
２６）の前駆体であるポリアミド酸のＤＭＡｃ１５ｗｔ
％溶液をスピンコートし、オーブン中３８０℃で１時間
加熱しイミド化を行い、厚さ８μｍのコア層を形成し
た。

【００４１】一方、３インチシリコン基板に厚さ２μｍ
の窒化シリコンメンブレンを熱ＣＶＤで形成し、この上
にタンタルを１．２μｍスパッタリングで形成し、この
上に０．３μｍの酸化シリコンをプラズマＣＤＶで形成
した。金のリフトオフでマークパタンを形成した後、回
折格子に相当する部分に幅０．２５μｍ、周期０．５１
μｍの回折格子パタンを電子ビームで露光し、現像後、
酸化シリコンをエッチング除去し、これをマスクにタン
タルを全てエッチングした。ついで、この上にホトレジ
ストを塗布し、幅７．５μｍの光導波路パタンを有する
Ｃｒマスクパターンをフォトリソグラフ法によってレジ
ストに転写し、現像したレジストパタンを基に、酸化シ
リコンをエッチング除去し、酸化シリコンをマスクにタ
ンタルを０．６μｍエッチングした。この際、回折格子
部分はレジストに保護されているため、この部分のタン
タルはそれ以上はエッチングされていない。その後、マ
スクとした酸化シリコンを除去し、シリコン基板をバッ
クエッチングすることにより、Ｘ線マスクとした。この
ようにして、光導波路部と回折格子部でタンタルの膜厚
即ちＸ線の透過率の異なるＸ線マスクを形成した。この
マスクを用いて、基板と６０μｍのギャップで、ＮＴＴ
のＳＯＲ施設において、波長約０．７ｎｍのＸ線を９０
アンペア・秒照射した。この上に、前記下部クラッド層
と同じフッ素化ポリイミド（１０ＦＥＤＡ／４ＦＭＰ
Ｄ）前駆体をスピンコートし、３８０℃１時間加熱して
上部クラッド層を形成した。この後、シリコン基板を切
断し、端面を研磨して、光導波路特性を測定したとこ
ろ、ＴＥ，ＴＭともにシングルモードの導波光が得ら
れ、更に回折格子の反射特性を測定したところ消光比２
６ｄＢ、ピーク半値幅０．５ｎｍの良好な回折特性が得
られた。この場合は、Ｘ線マスクは繰り返し使用できる
ため、スピンコートと１回のＸ線照射のみで、光導波路
と回折格子が得られることから、非常に経済的になる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、回折格子パタンを
有するＸ線マスクを用いて、ポリイミド光導波路にＸ線
を照射するだけで、高性能の光導波路回折格子が得られ
るため、種々の高機能な光部品を経済的に提供できる。
更に、光導波路と回折格子の両者を有するＸ線マスクを
用いると、スピンコートと１回のＸ線照射のみで、光導
波路回折格子が形成できるため、大幅な経済化が図られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｘ線照射法による光導波路回折格子作製工程の
図である。

【図２】Ｘ線照射法による光導波路回折格子作製工程の
図である。

【図３】Ｘ線照射法による光導波路回折格子作製工程の
図である。

【図４】フッ素化ポリイミドのＸ線照射量と屈折率を示
す図である。

【図５】Ｘ線照射法による回折格子作製工程の図であ
る。

【図６】Ｘ線照射法による回折格子作製工程の図であ
る。

【図７】Ｘ線照射法による回折格子作製工程の図であ
る。

【図８】Ｘ線照射法による光導波路及び回折格子の同時
作製工程の図である。

【図９】Ｘ線照射法による光導波路及び回折格子の同時
作製工程の図である。

【図１０】光導波路及び回折格子の同時作製用Ｘ線マス
クの構造の図である。

【図１１】作製したフッ素化ポリイミド光導波路回折格
子の反射特性の図である。

【図１２】従来の方法による回折格子作製工程の図であ
る。

【図１３】従来の方法による回折格子作製工程の図であ
る。

【図１４】従来の方法による回折格子作製工程の図であ
る。

【符号の説明】

１１ 基板 １２ 下部クラッド １３ コア層 １４ ホトレジスト １５ ホトマスク １６ 紫外線 １７ レジストパタン １８ 光導波路コア層 １９ Ｘ線マスク ２０ Ｘ線 ２１ 導波路回折格子 ２２ 上部クラッド層 ３１ 基板 ３２ 下部クラッド ３３ コア層 ３４ ホトレジスト ３５ ホトマスク ３６ 紫外線 ３７ 光導波路パタン ３８ 光導波路コア層 ３９ 上部クラッド層 ４０ Ｘ線マスク ４１ Ｘ線 ４２ 導波路回折格子 ５１ 基板 ５２ 下部クラッド ５３ コア層 ５４ 光導波路パタン ５５ １次回折格子パタン ５６ Ｘ線マスク ５７ Ｘ線 ５８ 上部クラッド層 ５９ 導波路回折格子 ６１ Ｘ線マスク ６２ シリコン基板 ６３ 薄膜 ６４ Ｘ線吸収体 ６５ 光導波路部分 ６６ 回折格子部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸野 透 東京都新宿区西新宿三丁目19番２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】 所望の回折格子パタンを有するＸ線マス
   クを介して、フッ素化ポリイミド光導波路にＸ線を照射
   することにより、屈折率が周期的に変化した領域を形成
   する工程を有することを特徴とするポリイミド光導波路
   回折格子の形成方法。
2. 【請求項２】 所望の光導波路パタンと所望の回折格子
   パタンとを有するＸ線マスクを介して、フッ素化ポリイ
   ミド光導波構造膜にＸ線を照射することにより、屈折率
   が周期的に変化した回折格子領域と屈折率が一様に変化
   した導波路部とを同時に形成する工程を有することを特
   徴とするポリイミド光導波路回折格子の形成方法。
3. 【請求項３】 前記Ｘ線マスクの前記光導波路パタンと
   前記回折格子パタンとでＸ線吸収体の膜厚が異なるＸ線
   マスクを用いることを特徴とする請求項２記載のポリイ
   ミド光導波路回折格子の形成方法。