JP2003344682A - 光導波路の製造方法と該製造方法で製造した光導波路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コア材である樹脂の収縮硬化の影響を受ける
ことなく良好な光伝搬特性を持つものを安価に製造す
る。 【解決手段】 基板クラッド１の表面に設けた凹溝１０
にコア材２となる液体状樹脂材料を充填した後、上記樹
脂材料を硬化させてコア材２とするとともに基板クラッ
ド１の表面に被せたカバークラッド３と基板クラッド１
とでコア材２の周囲を覆った光導波路を製造するにあた
り、基板クラッド１の表面もしくはカバークラッド３に
おける基板クラッド１との貼り合わせ面に上記凹溝１０
の近傍に位置する樹脂溜まり１１を設けた基板クラッド
１もしくはカバークラッド３を用いる。基板クラッド１
とカバークラッド３との間の樹脂材料が収縮硬化時に凹
溝１０だけでなく樹脂溜まり１１にも引き込まれるよう
にしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光導波路の製造方
法、殊にポリマ型平面光導波路の製造方法と該製造方法
で製造した光導波路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】平面型の光導波路（図示例はスプリッ
タ）は、従来、石英ガラスか誘電体結晶を材料とし、フ
ォトリソグラフィやドライエッチングプロセスの組み合
わせで製造していたが、これはプロセスが複雑である上
に装置コスト及び材料コストが高く、大量生産には適し
ていない。

【０００３】このために近年は高分子材料を用いたもの
が注目されている。この場合、ＰＭＭＡ（ポリメイルメ
タクリレート）やポリスチレンのような透明性に優れた
高分子をコア材とし、コア材料より屈折率の低い材料を
クラッド材としたコア−クラッド構造の平面型光導波路
が一般的であり、製造にはフォトレジストを用いて１枚
毎に反応性イオンエッチングを行う方法や、導波路のコ
アパターンを表面に加工した型を用いた射出成形による
方法、溶融状態の高分子に金型を押し当てて形状を転写
するホットエンボス法等の量産性に優れた製造法で基板
クラッドを作成し、次いで基板クラッドに設けたコア材
充填用の凹溝にコア材である樹脂を滴下して硬化させる
方法が知られている（特開昭６３−２９３５０９号公
報）。

【０００４】しかし、この方法ではコア材がその硬化時
に収縮して凹溝内にコア材が１００％充填されないこと
から、特開平２００１−２２８３５０号公報ではコア材
の滴下と硬化とを複数回行うことが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、後者の公報に
示された方法においても、コア材が１００％充填されな
い部分が生じたり、中間層を持つコア部が発生してしま
うおそれを有している。

【０００６】すなわち、図８に示すように、凹溝１０が
表面に形成されている基板クラッド１にコア材となる液
状の樹脂材料２０を滴下し、基板クラッド１と同じ屈折
率のカバークラッド３を貼り合わせて圧力をかけるとと
もにＵＶランプ９の照射などで樹脂材料２０を硬化させ
る時、基板クラッド１とカバークラッド３を密着させて
両者の間に樹脂材料２０が残らないようにすると、樹脂
材料２０の収縮硬化で凹溝１０内で形成されるコア材２
の表面に凹みが生じてしまうことから、基板クラッド１
とカバークラッド３を密着させずに両者の間に樹脂材料
２０を残しておき、凹溝１０内での樹脂材料２０の収縮
硬化時、基板クラッド１とカバークラッド３との間に残
した樹脂材料２０が凹溝１０内に引き込まれるようにし
ているのであるが、複数本の凹溝１０が表面に間隔をお
いて形成されている場合、基板クラッド１とカバークラ
ッド３との間に残した樹脂材料２０のうち、複数の凹溝
１０の間に位置する部分では両側の凹溝１０に引き込ま
れるのに対して、外側の凹溝１０よりも更に外側に位置
する部分は、外側の凹溝１０に引き込まれるだけである
ことから、中間部の凹溝１０に引き込まれる量に合わせ
て基板クラッド１とカバークラッド３とにかける圧力を
小さくして基板クラッド１とカバークラッド３との間に
残す樹脂材料２０の量を設定すると、図中の左に示すよ
うに、外側のコア材２の一部が凹溝１０からはみ出てク
ラッド材１とカバークラッド３との間に入り込む中間層
２９を形成してしまう。この中間層２９は光漏れの原因
となるために光伝搬特性の低下となる。

【０００７】逆に外側の凹溝１０の更に外側に位置する
樹脂材料２０が外側の凹溝１０に引き込まれる量が適切
になるように圧力を大きくすると、中央部に位置する凹
溝１０に引き込まれる樹脂材料２０の量が少なくなるた
めに、図中の右側に示すように、中央部のコア材２の表
面に凹みが生じてしまう。

【０００８】特開平８−３２７８４２号公報には、収縮
硬化を考慮してコア材となる樹脂を多めに滴下し、硬化
後に余剰分をドライエッチングや研磨等で除去すること
が示されているが、この場合、上記中間層や凹みが生じ
ないものの、ドライエッチング等を行うことが必要とな
り、工程数が多くなってコストが高くなる。

【０００９】本発明はこのような点に鑑みなされたもの
であって、その目的とするところはコア材である樹脂の
収縮硬化の影響を受けることなく良好な光伝搬特性を持
つものを安価に製造することができる光導波路の製造方
法と該製造方法で製造した光導波路を提供するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】しかして本発明に係る光
導波路の製造方法は、基板クラッドの表面に設けた凹溝
にコア材となる液体状樹脂材料を充填した後、上記樹脂
材料を硬化させてコア材とするとともに基板クラッドの
表面に被せたカバークラッドと基板クラッドとでコア材
の周囲を覆った光導波路を製造するにあたり、基板クラ
ッドの表面もしくはコア材における基板クラッドとの貼
り合わせ面に上記凹溝の近傍に位置する樹脂溜まりを設
けた基板クラッドもしくはカバークラッドを用いること
に特徴を有している。基板クラッドとカバークラッドと
の間の樹脂材料が収縮硬化時に凹溝だけでなく樹脂溜ま
りにも引き込まれるようにしたものである。

【００１１】上記樹脂溜まりの断面形状及び大きさは凹
溝と略同一としておくことが好ましく、また樹脂溜まり
を凹溝と平行な溝状としておくことも好ましい。

【００１２】溝状の樹脂溜まりを基板クラッドもしくは
カバークラッドの表面全面に設けたものを用いてもよ
い。

【００１３】また、樹脂溜まりをカバークラッド側に設
ける場合、樹脂溜まりを貫通孔として形成してもよい。

【００１４】また、基板クラッド乃至カバークラッドの
周部に第２の樹脂溜まりを設けてもよい。

【００１５】そして本発明に係る光導波路は、上記の製
造方法によって製造され、その結果、樹脂溜まりがコア
材の近傍に位置しているものであることに特徴を有して
いる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下本発明を実施の形態の一例に
基づいて詳述すると、本発明においてはまず所要の方法
で作成した基板クラッド１の表面に形成されている凹溝
１０にコア材２である液体状の樹脂を滴下乃至塗布し、
次いで該樹脂がある程度硬化収縮した状態で基板クラッ
ド１と同様にコア材２よりも低屈折率の材料からなるカ
バークラッド３を被せ、カバークラッド３と基板クラッ
ド１とをプレスしつつコア材２を硬化させることを基本
とするが、カバークラッド３を先に被せた後に樹脂の硬
化を行わせるようにしてもよい。

【００１７】図１において１はスプリット型光導波路の
形成用の基板クラッドであり、該基板クラッド１には、
コアパターンを表面に転写した金型を用いて溶融した基
板クラッド材料にその金型を押し付けてコアパターンを
転写することでツリー状に分岐した凹溝１０を形成する
ホットエンボス法により作成したものを好適に用いるこ
とができるが、他の製造法で作成したものであってもよ
い。

【００１８】ただし、この基板クラッド１にはコア材２
を充填することになる凹溝１０に加えて、各凹溝１０の
両脇に樹脂溜まり１１を設けている。凹部として形成さ
れた樹脂溜まり１１は、ここでは凹溝１０の長手方向に
沿って間隔を置いて設けている。従って基板クラッド１
上にコア材２の形成用の樹脂を滴下乃至塗布して収縮硬
化させることにあたり、一番外側に位置する凹溝１０の
更に外側に樹脂溜まり１１が位置する上に、幅方向に並
んでいる凹溝１０間にも樹脂溜まり１１が存在している
ために、コア材２の形成用の樹脂材料の余剰分は樹脂溜
まり１１に流れる上に、カバークラッド３を被せて圧力
を加えた状態で硬化させるにあたり、樹脂材料は凹溝１
０に引き込まれると同時に樹脂溜まり１１にも引き込ま
れるものであり、この結果、各凹溝１０に引き込まれる
樹脂材料の量が同じとなるために、コア材２に関して中
間層や凹みの発生がないものである。もっとも、一番外
側に位置している樹脂溜まり１１の外側に図１に示すよ
うに中間層２９が生じることがあるが、この中間層２９
が問題となることは殆どない。

【００１９】凹部である樹脂溜まり１１は数μｍ〜数百
μｍの大きさのものでその形状と寸法及び間隔は樹脂の
収縮率と凹溝１０の形状等にに合わせて決定する。

【００２０】さらに、樹脂溜まり１１は、図２に示すよ
うに、基板クラッド１の幅方向において複数本の凹溝１
０が小さい間隔である場合、幅方向における一番外側の
凹溝１０の更に外側にだけ設けるようにしてもよく、ま
た樹脂溜まり１１の断面形状及び大きさを凹溝１０の断
面形状（例えば開口幅６μｍ、深さ６μｍ、底部幅５μ
ｍの台形状）と同じとするようにしてもよい。樹脂の硬
化収縮が凹溝１０内と同様に樹脂溜まり１１に発生する
ために、より均等な形状のコア材２が形成されることに
なる。なお、凹溝１０が所定ピッチＰ（たとえば２５０
μｍ間隔）で並んでいる場合、外側の凹溝１０と樹脂溜
まり１１との間隔も上記ピッチＰになるようにしておく
のが好ましいのはもちろんである。

【００２１】樹脂溜まり１１は、図３に示すように、凹
溝１０と平行に走る溝として形成しておくと、作成され
る光導波路の全域に対して均等な形状のコア材２を得る
ことができる。また、ここでは幅方向において並ぶ凹溝
１０の間隔が大きい場合（図示例では２本の凹溝１０が
並んでいる部分）についても、溝状の樹脂溜まり１１を
配して、隣接する凹溝１０，１０間、あるいは隣接する
凹溝１０と樹脂溜まり１１間、あるいは隣接する樹脂溜
まり１１，１１間の間隔が上記の所定ピッチＰになるよ
うにしている。

【００２２】このほか、幅方向において隣接する凹溝１
０，１０の最小間隔がＰである時、図４に示すように、
基板クラッド１の表面に凹溝１０と平行で且つＰ／ｎ
（ｎは整数）の間隔で並ぶ溝状の樹脂溜まり１１を設け
るようにしてもよい。この場合、使用することになるコ
ア材２の形成用の樹脂量が多くなるが、中間層の発生を
ほぼ全面で防ぐことができるために、圧力をほぼ全面に
おいて均等にすることができる。

【００２３】凹部状もしくは溝状の樹脂溜まり１１は基
板クラッド１の表面にではなく、図５に示すようにカバ
ークラッド３における基板クラッド１との貼り合わせ面
に設けてもよく、基板クラッド１とカバークラッド３と
の両者に混在させてもよい。なお、カバークラッド３側
に設ける樹脂溜まり３は、断面形状が矩形の凹溝状のも
のが好ましく、またその大きさは凹溝１０と同じである
ことが望ましいが、コア材２である樹脂の種類や凹溝１
０のパターン形状によっては、同じである必要はなく、
樹脂の収縮率やパターン形状に応じて適宜決定すればよ
い。ちなみに、シングルモード用の導波路では４μｍ〜
１２μｍ角の断面形状の樹脂溜まり１１や、４μｍ〜１
２μｍ径の凹部型樹脂溜まり１１で好ましい結果を得る
ことができ、マルチモード用の導波路では１０μｍ〜５
００μｍ角の断面形状の樹脂溜まり１１や５０μｍ〜２
００μｍ径の凹部型樹脂溜まり１１で好ましい結果を得
ることができた。

【００２４】また、カバークラッド３側に樹脂溜まり１
１を設ける場合、この樹脂溜まり１１は図６に示すよう
にカバークラッド３を貫通する貫通孔として形成された
ものであってもよい。ちなみにカバークラッド３の厚み
は数十μｍ〜１ｍｍ程度であるが、貫通孔である樹脂溜
まり１１は数μｍ〜数十μｍ角のものとする。この場
合、コア材２となる樹脂がかなり過剰であっても樹脂溜
まり１１を通じて排出してしまうことができる。

【００２５】図７は基板クラッド１の表面の周部（もし
くはカバークラッド３の貼り合わせ面の周部）に樹脂溜
まり１２を設けたものを示している。基板クラッド１と
カバークラッド３とをプレスしてコア材２により貼り合
わせるものでは、コア材２が接着剤としての役割を果た
すが、導波路が形成されない周部ではプレス時にコア材
２が外部に排出されて基板クラッド１とカバークラッド
３との間にコア材２が存在しない状態になり、接着力が
弱く、使用状態によっては剥離する問題が発生するが、
上記のような樹脂溜まり１２を設けておけば、樹脂溜ま
り１２に入ったコア材２が周部の接着を担うために、剥
離の問題を無くすことができる。この樹脂溜まり１２も
溝状のもののほか、小さな凹部を間隔をおいて並べたも
のであってもよい。

【００２６】なお、ＰＭＭＡ（波長１３１０ｎｍに対す
る屈折率１．４８１０）製の基板クラッド１と同じＰＭ
ＭＡ製のカバークラッド３とメタクリレート系樹脂（波
長１３１０ｎｍに対する屈折率１．４８５１）のコア材
２とからなり、最小ピッチＰが２５０μｍの１×４スプ
リット型の凹溝１０を備えた基板クラッド１に対して、
図３に示す凹溝１０と平行な溝状で且つ凹溝１０同じ断
面形状及び大きさの樹脂溜まり１１を凹溝１０から上記
ピッチＰだけ離したところに設けたものを用い、コア材
２とする上記樹脂の滴下と収縮硬化及びプレスを行った
ところ、良好な特性を得ることができた。

【００２７】また、ＰＭＭＡ（波長６５０ｎｍに対する
屈折率１．４９１０）製の基板クラッド１と同じＰＭＭ
Ａ製のカバークラッド３とメタクリレート系樹脂（波長
６５０ｎｍに対する屈折率１．５６）のコア材２とから
なり、最小ピッチＰが２５０μｍの１×４スプリット型
の凹溝１０を備えた基板クラッド１に対して、図３に示
す凹溝１０と平行な溝状で且つ凹溝１０同じ断面形状及
び大きさの樹脂溜まり１１を凹溝１０から上記ピッチＰ
だけ離したところに設けたものを用い、コア材２とする
上記樹脂の滴下と収縮硬化及びプレスを行ったところ、
同じく良好な特性を得ることができた。

【００２８】コア材２の硬化収縮率は２０％程度である
が、樹脂溜まり１１はいずれの場合も有効に作用したこ
とになる。なお、紫外線硬化は基板クラッド１の下方側
から３００〜４００ｎｍの紫外線を１０分程度照射させ
ることで行った。比較的時間をかけて硬化させるほうが
良い結果となった。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明においては、基板ク
ラッドの表面に設けた凹溝にコア材となる液体状樹脂材
料を充填した後、上記樹脂材料を硬化させてコア材とす
るとともに基板クラッドの表面に被せたカバークラッド
と基板クラッドとでコア材の周囲を覆った光導波路を製
造するにあたり、基板クラッドの表面もしくはコア材に
おける基板クラッドとの貼り合わせ面に上記凹溝の近傍
に位置する樹脂溜まりを設けた基板クラッドもしくはコ
ア材を用いるために、樹脂溜まりが樹脂材料の収縮硬化
時に各凹溝内に引き込まれる量をほぼ同じとして、中間
層の発生や凹みの発生を抑えることができるものであ
り、しかも樹脂溜まりを予め設けた基板クラッドもしく
はカバークラッドを用いるだけで工程として増えること
はないために、コア材である樹脂の収縮硬化の影響を受
けることなく良好な光伝搬特性を持つものを安価に製造
することができる。

【００３０】そして樹脂溜まりの断面形状及び大きさを
凹溝と略同一としたり、樹脂溜まりを凹溝と平行な溝状
としておくことで、より均等化させることができ、この
結果、光伝搬特性がより良好なものを得ることができ
る。

【００３１】溝状の樹脂溜まりを基板クラッドもしくは
カバークラッドの表面全面に設けたものを用いたなら
ば、全面で圧力を均等にすることができるために、さら
に良好な光伝搬特性を有するものを得ることができる。

【００３２】また、樹脂溜まりをカバークラッド側に設
ける場合、基板クラッド側に樹脂溜まりを設ける場合に
比して、余分なコア材を吸収することになるために、コ
ア材料の消費が少なくてすむ。また、カバークラッドに
設けた樹脂溜まりを貫通孔としておけば、過剰なコア材
料の排出を樹脂溜まりで行うことができる。

【００３３】また、基板クラッド乃至カバークラッドの
周部に第２の樹脂溜まりを設けておくと、基板クラッド
とカバークラッドとの周部における接着力を高めること
ができ、基板クラッドのカバークラッドとの剥離を無く
すことができる。

【００３４】そして本発明に係る光導波路は、上記の製
造方法によって製造されたものであるために、安価なが
らも良好な光伝搬特性を有するものとなっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示すもので、(a)
は基板クラッドの斜視図、(b)は光導波路の断面図であ
る。

【図２】他例の断面図である。

【図３】更に他例を示すもので、(a)は基板クラッドの
斜視図、(b)は光導波路の断面図である。

【図４】別の例の基板クラッドの斜視図である。

【図５】異なる例の光導波路の断面図である。

【図６】更に異なる例の光導波路の断面図である。

【図７】第２の樹脂溜まりを設けた一例の基板クラッド
の斜視図である。

【図８】従来例の問題点を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 基板クラッド ２ コア材 ３ カバークラッド １０ 凹溝 １１ 樹脂溜まり

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板クラッドの表面に設けた凹溝にコア
   材となる液体状樹脂材料を充填した後、上記樹脂材料を
   硬化させてコア材とするとともに基板クラッドの表面に
   被せたカバークラッドと基板クラッドとでコア材の周囲
   を覆った光導波路を製造するにあたり、基板クラッドの
   表面もしくはコア材における基板クラッドとの貼り合わ
   せ面に上記凹溝の近傍に位置する樹脂溜まりを設けた基
   板クラッドもしくはカバークラッドを用いることを特徴
   とする光導波路の製造方法。
2. 【請求項２】 樹脂溜まりの断面形状及び大きさを凹溝
   と略同一としていることを特徴とする請求項１記載の光
   導波路の製造方法。
3. 【請求項３】 樹脂溜まりを凹溝と平行な溝状としてい
   ることを特徴とする請求項１または２記載の光導波路の
   製造方法。
4. 【請求項４】 溝状の樹脂溜まりを基板クラッドもしく
   はカバークラッドの表面全面に設けたものを用いること
   を特徴とする請求項３記載の光導波路の製造方法。
5. 【請求項５】 樹脂溜まりをカバークラッド側に設けて
   いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記
   載の光導波路の製造方法。
6. 【請求項６】 樹脂溜まりを貫通孔として形成している
   ことを特徴とする請求項５記載の光導波路の製造方法。
7. 【請求項７】 基板クラッド乃至カバークラッドの周部
   に第２の樹脂溜まりを設けていることを特徴とする請求
   項１〜６のいずれかの項に記載の光導波路の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかの製造方法によ
   って製造された光導波路。