JP2004144987A

JP2004144987A - 高分子光導波路の製造方法

Info

Publication number: JP2004144987A
Application number: JP2002309586A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Akutsu; 圷　英一; Shigemi Otsu; 大津　茂実; Takashi Shimizu; 清水　敬司; Kazutoshi Tanida; 谷田　和敏
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2002-10-24
Publication date: 2004-05-20
Also published as: US20040081416A1; US7294292B2

Abstract

【課題】簡便な方法で、生産性が高く、コア形状を高精度に維持して導波損失の少ない高分子光導波路を製造する方法を提供すること。
【解決手段】１）凸部が形成された原盤を用いて、凸部に対応する凹部、並びに該凹部の両端部である進入部及び排出部を有する鋳型を作製する工程、２）鋳型にクラッド用基材を密着させる工程、３）鋳型の進入部からコア形成用硬化性樹脂を鋳型凹部に進入させる工程、４）進入させた樹脂を硬化させ、鋳型をクラッド用基材から剥離する工程、５）コアが形成されたクラッド用基材の上に、クラッド層を形成する工程、を有する高分子光導波路の製造方法であって、前記鋳型が、鋳型形成用硬化性樹脂が硬化した層からなり前記凹部並びに進入部及び排出部が設けられた硬化樹脂層と、前記硬化樹脂層を補強しかつコア形成用硬化性樹脂を圧入するための注入口を備えた強化部材とを有する高分子光導波路の製造方法。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路、特にフレキシブルな高分子光導波路の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高分子導波路の製造方法としては、（１）フイルムにモノマーを含浸させてコア部を選択的に露光して屈折率を変化させフイルムを張り合わせる方法（選択重合法）、（２）コア層及びクラッド層を塗布後、反応性イオンエチングを用いてクラッド部を形成する方法（ＲＩＥ法）、（３）高分子材料中に感光性の材料を添加した紫外線硬化樹脂を用いて、露光・現像するフォトリソグラフィー法を用いる方法（直接露光法）、（４）射出成形を利用する方法、（５）コア層及びクラッド層を塗布後、コア部を露光してコア部の屈折率を変化させる方法（フォトブリーチング法）等が提案されている。
然し、（１）の選択重合法はフイルムの張り合わせに問題があり、（２）や（３）の方法は、フォトリソグラフィー法を使うためコスト高になり、（４）の方法は、得られるコア径の精度に課題がある。また、（５）の方法はコア層とクラッド層との十分な屈折率差がとれないと言う問題がある。
現在、性能的に優れた実用的な方法は、（２）や（３）の方法だけであるが前記のごときコストの問題がある。そして（１）ないし（５）のいずれの方法も、大面積でフレキシブルなプラスチック基材に高分子導波路を形成するのに適用しうるものではない。
【０００３】
また、高分子光導波路を製造する方法として、キャピラリーとなる溝のパターンが形成されたパターン基板（クラッド）にコア用のポリマー前駆体材料を充填し、その後硬化させてコア層を作り、その上に平面基板（クラッド）を貼り合わせる方法が知られているが、この方法ではキャピラリー溝にだけでなく、パターン基板と平面基板の間にも全面的にポリマー前駆体材料が薄く充填され硬化されてコア層と同じ組成の薄い層が形成される結果、この薄い層を通って光が漏洩してしまうという問題があった。
この問題を解決する方法の１つとして、デビット・ハートはキャピラリーとなる溝のパターンが形成されたパターン基板と平面基板とをクランプ用治具で固着し、さらにパターン基板と平面基板との接触部分を樹脂でシールなどした後減圧して、モノマー（ジアリルイソフタレート）溶液をキャピラリーに充填して、高分子光導波路を製造する方法を提案した（特許文献１参照）。
この方法はコア形成用樹脂材料としてポリマー前駆体材料を用いる代わりにモノマーを用いて充填材料を低粘度化し、キャピラリー内に毛細管現象を利用して充填させ、キャピラリー以外にはモノマーが充填されないようにする方法である。
しかし、この方法はコア形成用材料としてモノマーを用いているため、モノマーが重合してポリマーになる際の体積収縮率が大きく、高分子光導波路の透過損失が大きくなるいう問題がある。
また、この方法は、パターン基板と平面基板とをクランプで固着する、あるいはこれに加えさらに接触部を樹脂でシールするなど煩雑な方法であり、量産にはむかず、その結果コスト低下を期待することはできない。また、クラッドとして厚さがｍｍオーダーあるいは１ｍｍ以下のフィルムを用いる高分子光導波路の製造に適用することは不可能である。
【０００４】
また、最近、ハーバード大学のＧｅｏｒｇｅ　Ｍ．　Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓらは、ナノ構造を作る新技術として、ソフトリソグラフィーの一つとして毛細管マイクロモールドという方法を提唱している。これは、フォトリソグラフィーを利用してマスター基板を作り、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）の密着性と容易な剥離性を利用してマスター基板のナノ構造をＰＤＭＳの鋳型に写し取り、この鋳型に毛細管現象を利用して液体ポリマーを流し込んで固化させる方法であり、以下の非特許文献１に詳しい解説記事が記載されている。
【０００５】
又はバード大学のＧｅｏｒｇｅ　Ｍ．　ＷｈｉｔｅｓｉｄｅｓのグループのＫｉｍ　Ｅｎｏｃｈらによって毛細管マイクロモールド法に関する特許が出願されている（特許文献２参照）。
しかし、この特許に記載の製造方法を高分子光導波路の製造に適用しても、光導波路のコア部は断面積が小さいので、コア部を形成するのに時間がかかり、量産に適さない。また、モノマー溶液が重合して高分子になるときに体積変化を起こしコアの形状が変化し、透過損失が大きくなるという欠点を持つ。
【０００６】
また、ＩＢＭチュリッヒ研究所のＢ．　ＭｉｃｈｅｌらはＰＤＭＳを用いた高解像度のリソグラフィー技術を提案しており、この技術により数十ｎｍの解像力が得られると報告している。詳しい解説記事は、以下の非特許文献２に記載されている。このように、ＰＤＭＳを使ったソフトリソグラフィー技術や、毛細管マイクロモールド法は、ナノテクノロジーとして最近、米国を中心に注目を集めている技術である
【０００７】
しかしながら、前記のごときマイクロモールド法を用いて光導波路を作製すると、硬化時の体積収縮率を小さくする（したがって透過損失を小さくする）ことと、充填を容易にするために充填液体（モノマー等）を低粘度化することを両立させえない。したがって、透過損失を小さくすることを優先的に考慮すると、充填液体の粘度をある限度以下にすることができず、充填速度が遅くなり、量産は望めない。また前記のマイクロモールド法は、基板としてガラスやシリコン基板を用いることが前提になっており、フレキシブルなフィルム基材を用いることは考慮されていない。
【０００８】
このような要請に基づき本発明者らは、フレキシブルなフィルム基材をクラッド用フィルムとして用い、極めて簡便に高分子光導波路を製造する方法を開発した。（特願２００２−１８７４７３号）
この方法は、１）光導波路に対応する凸部が形成された原盤に鋳型形成用樹脂材料の層を形成した後剥離して型を取り、次いで前記型に形成された光導波路用凸部に対応する凹部が露出するように型の両端を切断して鋳型を作製し、２）前記鋳型に該鋳型との密着性が良好なクラッド用フィルム基材を密着させ、３）クラッド用フィルム基材を密着させた鋳型の一端を、コアとなる紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂に接触させ、紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂を毛細管現象により前記鋳型の凹部に進入させ、４）進入させた紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂を硬化させ、鋳型をクラッド用フィルム基材から剥離し、５）コアが形成されたクラッド用フィルム基材の上にクラッド層を形成することを特徴とする方法である。
この方法により、従来作製することが困難であったフレキシブルなクラッドフィルム基材の上に簡便な方法で高分子光導波路を形成することが可能になった。また、この方法においては、鋳型凹部にコア用の硬化性樹脂を注入する速度を上げるため、系を減圧にしたり、硬化性樹脂を加圧注入することも考慮されている。しかしながら、系を減圧にしたり、硬化性樹脂を圧入すると、鋳型が変形したりしてその結果望ましい特性の高分子光導波路を得ることができない場合があった。
【０００９】
【特許文献１】
特許第３１５１３６４号明細書
【特許文献２】
米国特許６３５５１９８号明細書
【非特許文献１】
ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ　ＡＭＥＲＩＣＡＮ　Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ　２００１（日経サイエンス２００１年１２月号）
【非特許文献２】
ＩＢＭ　Ｊ．　ＲＥＶ．　＆　ＤＥＶ．　ＶＯＬ．　４５　ＮＯ．　５　ＳＥＰＴＥＭＢＥＲ　２００１
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記のごとき問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡便な方法で、生産性が高く、コア形状を高精度に維持して導波損失の少ない高分子光導波路を製造する方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、以下の高分子光導波路の製造方法を提供することにより解決される。
（１）１）光導波路に対応する凸部が形成された原盤を用いて、前記凸部に対応する凹部、並びに該凹部の両端部であるコア形成用硬化性樹脂の進入部及び排出部を有する鋳型を作製する工程、
２）前記鋳型にクラッド用基材を密着させる工程、
３）前記鋳型の進入部からコア形成用硬化性樹脂を鋳型凹部に進入させる工程、
４）進入させたコア形成用硬化性樹脂を硬化させ、鋳型をクラッド用基材から剥離する工程、
５）コアが形成されたクラッド用基材の上に、クラッド層を形成する工程、
を有する高分子光導波路の製造方法であって、
前記鋳型が、鋳型形成用硬化性樹脂が硬化した層からなり前記凹部並びに進入部及び排出部が設けられた硬化樹脂層と、前記硬化樹脂層を補強しかつコア形成用硬化性樹脂を圧入するための注入口を備えた強化部材とを有することを特徴とする高分子光導波路の製造方法。
【００１２】
（２）前記鋳型の硬化樹脂層が、硬化性シリコーンゴムオリゴマーが硬化した層であることを特徴とする前記（１）に記載の高分子光導波路の製造方法。
（３）前記硬化樹脂層の厚さが、１０μｍ〜３０ｍｍであることを特徴とする前記（１）に記載の高分子光導波路の製造方法。
（４）前記強化部材が、金属材料又はセラミック材料からなることを特徴とする前記（１）に記載の高分子光導波路の製造方法。
（５）前記強化部材の厚さが、１ｍｍ〜４０ｍｍであることを特徴とする前記（１）に記載の高分子光導波路の製造方法。
【００１３】
（６）前記鋳型の強化部材が、さらに排気口を有していることを特徴とする前記（１）に記載の高分子光導波路の製造方法。
（７）前記強化部材の、前記凹部に対応する部分が光透過性材料よりなることを特徴とする前記（１）に記載の高分子光導波路の製造方法。
（８）前記強化部材が、前記凹部に対応する部分に開口部を有することを特徴とする前記（１）に記載の高分子光導波路の製造方法。
（９）前記１）の工程において、鋳型が、原盤の上に鋳型形成用硬化性樹脂の層を形成した後、この層の上に強化部材を載置し、次いで硬化させ、その後原盤を剥離して作製されることを特徴とする前記（１）に記載の高分子光導波路の製造方法。
【００１４】
（１０）前記クラッド用基材が、鋳型との密着性が良好なクラッド用フィルム基材であることを特徴とする前記（１）に記載の高分子光導波路の製造方法。
（１１）前記クラッド用フィルム基材が、脂環式オレフィン樹脂フイルムであることを特徴とする前記（１０）に記載の高分子光導波路の製造方法。
（１２）前記２）の工程において、クラッド用基材と鋳型の強化部材を固定することを特徴とする前記（１）に記載の高分子光導波路の製造方法。
（１３）前記２）の工程において、クラッド用基材が保持部材の上に置かれることを特徴とする前記（１）に記載の高分子光導波路の製造方法。
（１４）前記２）の工程において、鋳型の強化部材とクラッド用基材が保持された保持部材を固定することを特徴とする前記（１）に記載の高分子光導波路の製造方法。
【００１５】
（１５）前記３）の工程において、コア形成用硬化性樹脂を強化部材の注入口から圧入するとともに、排気口から鋳型の排出部近傍を減圧排気することを特徴とする前記（１）に記載の高分子光導波路の製造方法。
（１６）前記コア形成用硬化性樹脂が、紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂であることを特徴とする前記（１）に記載の高分子光導波路の製造方法。
（１７）前記鋳型形成用硬化性樹脂を硬化した層の表面エネルギーが、１０ｄｙｎ／ｃｍ〜３０ｄｙｎ／ｃｍであることを特徴とする前記（１）に記載の高分子光導波路の製造方法。
【００１６】
（１８）前記鋳型形成用硬化性樹脂を硬化した層のシェア（Ｓｈａｒｅ）ゴム硬度が１５〜８０であることを特徴とする前記（１）に記載の高分子光導波路の製造方法。
（１９）前記鋳型形成用硬化性樹脂を硬化した層の表面粗さが、０．５μｍ以下であることを特徴とする前記（１）に記載の高分子光導波路の製造方法。
（２０）前記コア形成用硬化性樹脂を硬化させたときの体積変化が、１０％以下であることを特徴とする前記（１）に記載の高分子光導波路の製造方法。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の高分子光導波路の製造方法は、１）光導波路に対応する凸部が形成された原盤を用いて、前記凸部に対応する凹部並びに該凹部の両端部であるコア形成用硬化性樹脂の進入部及び排出部を有する鋳型を作製する工程、２）前記鋳型にクラッド用基材を密着させる工程、３）前記鋳型のコア形成用硬化性樹脂の進入部よりコア形成用硬化性樹脂を鋳型凹部に進入させる工程、４）進入させたコア形成用硬化性樹脂を硬化させ、鋳型をクラッド用基材から剥離する工程、５）コアが形成されたクラッド用基材の上に、クラッド層を形成する工程を有し、前記鋳型が、鋳型形成用硬化性樹脂が硬化した層からなり前記凹部、並びに該凹部の両端部であるコア形成用硬化性樹脂の進入部及び排出部が設けられた硬化樹脂層と、前記硬化樹脂層を補強しかつコア形成用硬化性樹脂を圧入するための注入口を備えた強化部材とを有する方法である。
本発明において用いられる鋳型は２つの部分すなわち、１）鋳型形成用硬化性樹脂が硬化した層からなり前記凹部、並びに該凹部の両端部であるコア形成用硬化性樹脂の進入部及び排出部が設けられた硬化樹脂層と、２）前記硬化樹脂層を補強しかつコア形成用硬化性樹脂を圧入するための注入口を備えた強化部材とを有することを特徴とする。注入口は１つ以上設けられ、２以上設けることにより鋳型内部に均一な加圧状態を作ることができる。
本発明の高分子光導波路の製造方法は前記のごとき鋳型を用いるので、鋳型凹部にコア形成用硬化性樹脂を加圧充填（圧入）する際、圧力を大きくしても鋳型が変形したり、鋳型とクラッド用基材との間でずれることがなく、そのため、コア形状の精度を犠牲にすることなく、充填速度を大きくすることができる。したがって、本発明の製造方法により、コア形状を高精度に維持して導波損失の少ない高分子光導波路を、簡便な方法で、生産性が高く作製することができる。
【００１８】
先ず、本発明の方法により高分子光導波路を製造する方法の概略を説明する。図１（Ａ）は、光導波路用凸部１２が形成された原盤１０の上に、鋳型形成用硬化性樹脂の層２２ａを形成し、次に、鋳型形成用硬化性樹脂が未硬化の状態において、樹脂層２２ａの上から強化部材２４を押圧しつつ載せた状態を示す図である。
次に、この状態で鋳型形成用硬化性樹脂の層２２ａを硬化させると鋳型形成用硬化性樹脂は硬化樹脂層２２となり、強化部材２４と接着し一体化する。この一体化したものを原盤１０から剥離し、鋳型２０とする（図１（Ｂ）参照）。鋳型２０には、前記凸部１２に対応する凹部２３、凹部２３の一端である進入部（図示せず）及び他端である排出部（図示せず）が形成される。
このようにして作製した鋳型２０に、クラッド用基材３０を密着させる（図１（Ｃ）参照）。次に、コア形成用硬化性樹脂を鋳型の強化部材２４に設けた注入口（図示せず）を通し、進入部からコア形成用硬化性樹脂を鋳型凹部に圧入し、排出部から排出させる。図１（Ｄ）は、鋳型の凹部に硬化性樹脂を充填し、その後硬化させた状態を示す。
次いで鋳型２０を剥離すると、図１（Ｅ）に示すように、クラッド基材３０の上にコア４０が形成される。
さらに、クラッド用基材のコア形成面にクラッド層５０を形成することにより、本発明の高分子光導波路６０（図１（Ｆ）参照）が作製される。
【００１９】
次に、本発明を工程順にさらに詳細に説明する。
１）鋳型作製工程
＜原盤の作製＞
光導波路用凸部（コアに対応する凸部）を形成した原盤の作製には、従来の方法、たとえばＲＩＥ法、面精度の高い機械加工等を特に制限なく用いることができる。また光導波路用凸部の膜厚を変化させる必要がない場合は、厚膜レジスト（ＳＵ−８）をスピンコートした後露光するフォトリソグラフィー法により、簡便に原盤を作製することができる。また、本出願人が先に出願した電着法又は光電着法により高分子光導波路を作製する方法（特願２００２−１０２４０号）も、原盤を作製するのに適用できる。原盤に形成される光導波路用凸部の大きさは３０〜２００μｍ程度であるが、高分子光導波路の用途等に応じて適宜決められる。例えばシングルモード用の光導波路の場合には、１０μｍ角程度のコアを、マルチモード用の光導波路の場合には、５０〜１００μｍ角程度のコアが一般的に用いられるが、用途によっては数百μｍ程度と更に大きなコア部を持つ光導波路も利用される。
【００２０】
＜鋳型の作製＞
図２は本発明の鋳型を一例を示すもので、図２（Ａ）は鋳型の斜視図を、図２（Ｂ）はＡ−Ａ断面図を表わす。２０は鋳型を、２２は鋳型形成用硬化性樹脂が硬化した硬化樹脂層を、２４は硬化樹脂層を補強する強化部材である。硬化樹脂層２２には前記凹部２３、図示されていないが、その一端にコア形成用硬化性樹脂の進入部（図５（Ｃ）参照）、また、他端に排出部（図５（Ｃ）参照）が形成されている。強化部材２４にはコア形成用硬化性樹脂を圧入するための注入口２５ａ及び２５ｂが設けられ、コア形成用硬化性樹脂を注入するための注入管２６ａ及び２６ｂが連結される。注入口は複数設け、加圧状態が各凹部の進入部（充填口）において均一になるようにすることが好ましい。
また、コア形成用硬化性樹脂として紫外線硬化性樹脂を用いる場合には、強化部材２４の、前記硬化樹脂層２２の凹部２３に対応する部分は光透過性部材２４ａ（例えばガラス板、硬質プラスチック板）で作られ、露光用開口部となる。コア形成用硬化性樹脂として熱硬化性樹脂を用いる場合は、この部分を光透過性にする必要はない。
また、コア形成用硬化性樹脂として紫外線硬化性樹脂を用いる場合、露光用開口部に光透過性部材を用いる代わりに、図３に示すように、強化部材２４を、硬化樹脂層２２の凹部２３に対応する部分が切り欠かれた形のものにすることも可能である。
さらに、図４に示すように、鋳型の強化部材２４に、注入口２５ａ及び２５ｂの反対側に排気口２７ａ及び２７ｂを設け、これに減圧脱気管２８ａ及び２８ｂを連結し、鋳型内部を減圧状態にすることにより、一層充填速度を上げることができる。この際、強化部材２４により鋳型が補強されているので、コアの成形精度が落ちることはない。排気口も複数設け、鋳型凹部の排出部において減圧状態が偏らないようにすることが好ましい。
硬化樹脂層の厚さは、１０μｍ〜３０ｍｍ程度であることが好ましい。また、強化部材は、金属材料、セラミック材料、硬質プラスチック材料等で作られ、その厚さは１ｍｍ〜４０ｍｍ程度が適切である。
【００２１】
次に、図５（Ａ）ないし（Ｃ）を用いて、本発明において用いる鋳型の好ましい例についてさらに詳細に説明する。
図５（Ａ）に示すように、光導波路用凸部１２が形成された原盤１０に、鋳型形成用硬化性樹脂の層２２ａを、光導波路用凸部１２の端部１２ａ_２、１２ｂ_２等が層２２ａに埋没しないように形成する。次に、鋳型形成用硬化性樹脂の層２２ａが未硬化の状態において、樹脂２２ａの上から強化部材２４を押圧しつつ載せ、その後鋳型形成用硬化性樹脂を硬化させる。図５（Ｂ）は硬化後の状態を示す平面図である。図５（Ｂ）中、１０は原盤、１２はコアに対応する凸部、２２は硬化樹脂層、２４は強化部材、２５ａと２５ｂは注入口、２７ａと２７ｂは排気口をそれぞれ示す。硬化樹脂層２２と強化部材２４は硬化の際一体化される。その後、一体化した硬化樹脂層２２と強化部材２４を原盤１０から剥離して鋳型２０を得る。
図５（Ｃ）に、鋳型２０をその凹部が顕れるように切断した図を示す。なお、説明のために同一図中に、注入口２５ｂと排気口２７ｂを仮想線で示している。凹部２３の両端に進入部２３ａと排出部２３ｂが形成され、樹脂硬化層２２と強化部材２４との間に空間Ｖ_１及びＶ_２が形成される。コア形成用硬化性樹脂は、注入口２５ｂから圧入され、空間Ｖ_１を通り、進入部２３ａから凹部２３内に充填され、２３ｂから排出される。一方、減圧脱気管２８ａ及び２８ｂを通じて鋳型内部の空間Ｖ_２を減圧する。
したがって、前記図５（Ａ）において、鋳型形成用硬化性樹脂の層を原盤の上に形成する際には、出来上がる鋳型２０の、注入口２５ａ及び２５ｂと、空間Ｖ_１及びコア形成用硬化性樹脂進入部２３ａが連通するように、また、排気口２７ａ、２７ｂ、空間Ｖ_２及び排出部２３ｂが連通するように、その形成位置を考慮する必要がある。
図５（Ａ）及び（Ｂ）で示される鋳型は、コア形成用硬化性樹脂を圧入するための注入口だけでなく、減圧脱気するための排気口を設けているため、該樹脂の充填速度をさらに大きくすることができる。この際、鋳型が載せられるクラッド用基材、特にクラッド用フィルム基材が変形をしないように、注入口と排気口を各々複数設け、加圧状態及び減圧状態が各凹部の末端である進入部及び排出部において偏らないようにすることが好ましい。
【００２２】
＜鋳型形成用硬化性樹脂＞
鋳型形成用硬化性樹脂としては、その硬化物が原盤から容易に剥離することができること、鋳型（繰り返し用いる）として一定以上の機械的強度・寸法安定性を有することが好ましい。
鋳型形成用硬化性樹脂は、原盤に形成された個々の光導波路を正確に写し取らなければならないので、ある限度以下の粘度、たとえば、２０００〜７０００ｍＰａ・ｓ程度を有することが好ましい。また、粘度調節のために溶剤を、溶剤の悪影響がない程度に加えることができる。（なお本発明において用いる鋳型形成用硬化性樹脂としては、硬化性シリコーンゴムオリゴマーのように、硬化後、弾性を有するゴム状体となるものも含まれる。）
【００２３】
前記鋳型形成用硬化性樹脂としては、硬化性シリコーンゴムオリゴマー（熱硬化型、室温硬化型）が、剥離性、機械強度・寸法安定性の観点から好ましく用いられる。また、前記樹脂であって低分子量の液体樹脂は、十分な浸透性が望め好ましく用いられる。前記樹脂の粘度は５００〜７０００ｍＰａ・ｓ、さらには、２０００〜５０００ｍＰａ・ｓ程度のものが好ましい。
硬化性シリコーン樹脂としては、メチルシロキサン基、エチルシロキサン基、フェニルシロキサン基を含むものが好ましく、特に硬化性ジメチルシロキサン樹脂が好ましい。
【００２４】
また、前記原盤にはあらかじめ離型剤塗布などの離型処理を行なって鋳型との剥離を促進させることが望ましい。
鋳型の硬化樹脂層の表面エネルギーは、１０ｄｙｎ／ｃｍ〜３０ｄｙｎ／ｃｍ、好ましくは１５ｄｙｎ／ｃｍ〜２４ｄｙｎ／ｃｍの範囲にあることが、クラッド用基材との密着性の点からみて好ましい。
鋳型の硬化樹脂層のシェア（Ｓｈａｒｅ）ゴム硬度は、１５〜８０、好ましくは２０〜６０であることが、型取り性能や剥離性の点からみて好ましい。
鋳型の硬化樹脂層の表面粗さ（二乗平均粗さ（ＲＭＳ））は、０．５μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以下にすることが、型取り性能の点からみて好ましい。さらに、コア形成用硬化性樹脂が紫外線硬化性樹脂の場合は、鋳型（強化部材が開口部を有する場合は硬化樹脂層を意味し、開口部をもたない場合は硬化樹脂層と強化部材の凹部に対応する部分の両者を含める）は光透過性であることが必要で、３５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域における光透過率が８０％以上であることが好ましい。
【００２５】
２）前記鋳型にクラッド用基材を密着させる工程
本発明において用いるクラッド用基材としては、ガラス基材、セラミック基材、プラスチック基材等のものが制限なく用いられる。また屈折率制御のために前記基材に樹脂コートしたものも用いられる。クラッド用基材の屈折率は、１．５５より小さく、１．５０より小さいものがより好ましい。特に、コア材の屈折率より０．０５以上小さいことが必要である。
プラスチック基材の中でも、フレキシブルなフィルム基材を用いた高分子光導波路は、カプラー、ボード間の光配線や光分波器等としても使用でき、その用途に応じて、フィルム基材の屈折率、光透過性等の光学的特性、機械的強度、耐熱性、鋳型との密着性、フレキシビリティー（可撓性）等を考慮して選択される。前記フィルムとしては脂環式アクリルフイルム、脂環式オレフィンフイルム、三酢酸セルロースフイルム、含フッ素樹脂フイルム等が挙げられる。フィルム基材の屈折率は、コアとの屈折率差を確保するため、１．５５より小さく、好ましくは１．５３より小さくすることが望ましい。
【００２６】
前記脂環式アクリルフイルムとしてはトリシクロデカン等の脂肪族環状炭化水素をエステル置換基に導入した、ＯＺ−１０００、ＯＺ−１１００等が用いられる。
また、脂環式オレフィンフイルムとしては主鎖にノルボルネン構造を有するもの、及び主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖にアルキルオキシカルボニル基（アルキル基としては炭素数１から６のものやシクロアルキル基）等の極性基をもつものが挙げられる。中でも前記のごとき主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖にアルキルオキシカルボニル基等の極性基をもつ脂環式オレフィン樹脂は、低屈折率（屈折率が１．５０近辺であり、コア・クラッドの屈折率の差を確保できる）及び高い光透過性等の優れた光学的特性を有し、鋳型との密着性に優れ、さらに耐熱性に優れているので特に本発明の高分子光導波路の作製に適している。
また、前記フィルム基材の厚さはフレキシビリティーと剛性や取り扱いの容易さ等を考慮して適切に選ばれ、一般的には０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度が好ましい。
【００２７】
この工程において、鋳型とクラッド用基材を確実に密着させ、次のコア形成用硬化性樹脂の圧入工程において鋳型の一端を加圧、又はさらに他端を減圧した場合でも両者がわずかでもずれないようにすることが望ましい。そのため、鋳型の強化部材とクラッド用基材とをネジで固定したり、クラッド用基材を保持部材に保持させたり、クラッド基材が保持された保持部材と鋳型の強化部材を固定したりして、鋳型とクラッド用基材を安定的に密着させることが好ましい。特にクラッド用基材としてフレキシブルフィルムを用いる場合、鋳型とフィルムを密着させてもコア形成用硬化性樹脂を加圧注入するとフィルム表面に軽い波打状態を発生する場合があるので、前記のごとき手段を採用することが好ましい。
図６（Ａ）は鋳型の４隅を固定ネジ６０によりクラッド用基材３０に固定する例を示し、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＡ−Ａ断面図を示す。
また、図７はクラッド用基材の保持部材６２によりクラッド用基材を保持する例を示し、図７（Ｂ）は図７（Ａ）のＡ−Ａ断面図を示す。
さらに図８に示すように、鋳型２０と保持部材６２に固定用の嵌合部２９と６３を設け、鋳型を保持部材に嵌め込みで固定する方法も挙げられる。
【００２８】
３）クラッド用基材を密着させた鋳型の注入口からコア形成用硬化性樹脂を圧入する工程
この工程においては、紫外線硬化性樹脂及び熱硬化性樹脂等のコア形成用硬化性樹脂を、鋳型の強化部材に設けられた注入口から鋳型内部の空間（例えば図５（Ｂ）のＶ_１）に注入し、さらに硬化樹脂層に形成された凹部の一端である進入部から凹部全体に圧入し、凹部の他端である排出部からコア形成用硬化性樹脂を排出する。この際、強化部材に排気口を設け減圧脱気するとさらに充填速度が向上する。
用いるコア形成用硬化性樹脂は凹部内への充填が容易なように十分低粘度である他、前記硬化性樹脂の硬化後の屈折率はクラッドを構成する高分子材料よりも高い（クラッドとの差が０．０２以上）ことが必要である。このほかに、原盤に形成された光導波路用凸部が有する元の形状を高精度に再現するため、前記硬化性樹脂の硬化前後の体積変化が小さいことが必要である。例えば、体積が減少すると導波損失の原因になる。したがって、前記硬化性樹脂は、体積変化ができるだけ小さいものが望ましく、１０％以下、好ましくは６％以下であるのが望ましい。溶剤を用いて低粘度化することは、硬化前後の体積変化が大きいので避ける方が好ましい。
【００２９】
したがって、前記硬化性樹脂の粘度は、１０ｍＰａ・ｓ〜２０００ｍＰａ・ｓ、望ましくは２０ｍＰａ・ｓ〜１０００ｍＰａ・ｓ、更に好ましくは３０ｍＰａ・ｓ〜５００ｍＰａ・ｓにするのが好ましい。
また、前記硬化性樹脂としてエポキシ系、ポリイミド系、アクリル系の紫外線硬化性樹脂が好ましく用いられる。
コアとなる硬化性樹脂の硬化物の屈折率は、クラッドとなる前記フィルム基材（以下の５）の工程におけるクラッド層を含む）より大きいことが必要で、１．５３以上、好ましくは１．５５以上である。クラッド（以下の５）の工程におけるクラッド層を含む）とコアの屈折率の差は、０．０２以上、好ましくは０．０５以上である
【００３０】
４）進入させたコア形成用硬化性樹脂を硬化させ、鋳型をクラッド用基材から剥離する工程
進入させた紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂を硬化させる。紫外線硬化性樹脂を硬化させるには、紫外線ランプ、紫外線ＬＥＤ、ＵＶ照射装置等が用いられる。また、熱硬化性樹脂を硬化させるには、オーブン中での加熱等が用いられる。
また、前記１）〜３）の工程で用いる鋳型をそのままクラッド層に用いることも可能で、この場合は、鋳型を剥離する必要はなくそのままクラッド層として利用する。
【００３１】
５）コアが形成されたクラッド用基材の上にクラッド層を形成する工程
コアが形成されたクラッド用基材の上にクラッド層を形成するが、クラッド層としてはフィルム（たとえば前記２）の工程で用いたようなフィルム基材が同様に用いられる）、硬化性樹脂（紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂）を塗布して硬化させた層、高分子材料の溶剤溶液を塗布して乾燥して得られる高分子膜等が挙げられる。クラッド層としてフィルムを用いる場合は、接着剤を用いて貼り合わされるが、その際、接着剤の屈折率がフィルムの屈折率と近いことが望ましい。クラッド層の屈折率は、コアとの屈折率差を確保するため、１．５５より小さく、好ましくは１．５３より小さくすることが望ましい。また、クラッド層の屈折率を前記フィルム基材の屈折率と同じにすることが、光の閉じ込めの点からみて好ましい。さらに、クラッド用基材とクラッド層の屈折率の差が０．１以内であることが光の導波損失を抑制する効果の点からみて好ましい。
【００３２】
本発明の高分子光導波路の製造方法において、特に、鋳型材料として熱硬化性のシリコーン樹脂、中でも熱硬化性ジメチルシロキサン樹脂を用い、フィルム基材として主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖にアルキルオキシカルボニル基等の極性基をもつ脂環式オレフィン樹脂を用いる組み合わせは、両者の密着性が特に高く、また、凹部構造の断面積が極めて小さくても（たとえば１０×１０μｍの矩形）毛細管現象により素早く凹部に硬化性樹脂を充填することができる。
【００３３】
【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、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
実施例１
Ｓｉ単結晶基板に紫外線硬化型厚膜レジスト液（マイクロケミカル（株）製、ＳＵ−８）をスピンコート法で塗布した後、８０℃加熱オーブンでプリベークし、フォトマスクを通して高圧水銀灯により露光した後、現像工程を経て、断面が正方形の微細凸部（幅：５０μｍ、高さ：５０μｍ、長さ：６０ｍｍ）凸部基板を形成した。次に、これを１２０℃でポストベークして、光導波路コア作製用原盤を作製した。
次に、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すような強化部材を作製した。露光用開口部２４ａは石英製とした。
前記原盤に離型剤を塗布した後、この上に熱硬化性シリコンゴムオリゴマー（ダウコウニングアジア社製：ＳＹＬＧＡＲＤ１８４、ジメチルポリシロキサン）を図５（Ａ）に示すように塗布し、この上から前記強化部材を押圧し固定した。その後、１２０℃で３０分間加熱して硬化させ、シリコンゴムと強化部材を一体化させた。硬化シリコーンゴム層の厚さは１．２ｍｍであった。次いでこれを原盤から剥離し鋳型を得た。鋳型のシリコンゴム層には、５０μｍの凹部と、コア形成用硬化性樹脂の進入部と排出部が形成された。
この強化シリコンゴム鋳型と膜厚１８８μｍのアートンフイルム（ＪＳＲ（株）製、屈折率１．５１０）を加圧密着させた。また、鋳型強化部材の注入口にコア形成用硬化性樹脂の注入管を連結した。注入管から粘度が１３００ｍＰａ・ｓの紫外線硬化性樹脂（ＪＳＲ社製：ＰＪ３００１）を圧力注入した。およそ１．５分後に凹部全体に樹脂が充填された。鋳型から注入管をはずし、鋳型の露光用開口部から５０ｍＷ／ｃｍ^２のＵＶ光を１０分間照射してコア形成用硬化性樹脂を硬化させた。
鋳型を剥離すると、アートンフイルム上に屈折率１．５９１のコアが形成された。
さらに、アートンフイルムのコア形成面に、硬化後の屈折率がアートンフイルムと同じ１．５１０である紫外線硬化性樹脂（ＪＳＲ（株）製）を全面に塗布した後、５０ｍＷ／ｃｍ^２のＵＶ光を１０分間照射して紫外線硬化させ（硬化後の膜厚１０μｍ）た。フレキシブルな高分子光導波路が得られた。この高分子光導波路の損失は、０．３５ｄＢ／ｃｍであった。
【００３４】
実施例２
実施例１において強化部材として、図４に示すような注入口と排気口を設けたものを用い、コア形成用硬化性樹脂の加圧注入の際に、同時に、排気口に連結した減圧脱気管から鋳型内部（図５（Ｃ）の空間Ｖ_２）を減圧し、また、コア形成用硬化性樹脂を粘度が５００ｍＰａ・ｓの紫外線硬化性樹脂（ＪＳＲ社製屈折率１．５００）にし、さらに紫外線硬化性樹脂を７５ｍＷ／ｃｍ^２のＵＶで硬化させる他は、実施例１と同様にして高分子光導波路を作製した。この高分子光導波路の損失は、０．４１ｄＢ／ｃｍであった。
【００３５】
実施例３
ガラス基板を用い実施例１と同様にして原盤を作製し、また、実施例２で用いたのと同様な鋳型を作製した。
膜厚１８８μｍのアートンフイルム（ＪＳＲ（株）製、屈折率１．５１０）に鋳型を密着させ、鋳型の注入管からコア形成用硬化性樹脂である粘度が１３００ｍＰａ・ｓの紫外線硬化性樹脂（ＪＳＲ社製：ＰＪ３００１）を圧力注入した。また、鋳型の他端から減圧脱気した。鋳型凹部に紫外線硬化性樹脂を充填した後、注入管及び減圧脱気管を鋳型からはずし、露光開口部から５０ｍＷ／ｃｍ^２のＵＶ光を１０分間照射して硬化させた。鋳型を剥離すると、アートンフイルム上に屈折率１．５９１の高分子光導波路が形成された。
この上にさらに、屈折率がアートンフイルムと同じ１．５１０の紫外線硬化接着剤液を塗布した後、１２０μｍ厚のアートンフイルムを載せ、その後５０ｍＷ／ｃｍ^２のＵＶ光を１５分間照射して固化させ、フレキシブルなフィルム型サンドウイッチ高分子光導波路を形成した。この高分子光導波路の損失は、０．３３ｄＢ／ｃｍであった。
【００３６】
実施例４
実施例２において、クラッド用基材であるアートンフィルムを、図７に示すような保持部材で保持する他は、実施例２と同様にして高分子光導波路を作製した。鋳型凹部にコア形成硬化性樹脂を圧入する際、クラッド用基材を確実に固定することができた。
【００３７】
比較例１
Ｓｉ基板に厚膜レジスト（マイクロケミカル（株）製、ＳＵ−８）をスピンコート法で塗布した後、８０℃でプリベークし、フォトマスクを通して露光し、現像して、断面が正方形の凸部（幅：５０μｍ、高さ：５０μｍ、長さ：１５０ｍｍ）を形成した。次に、これを１２０℃でポストベークして、光導波路コア作製用原盤を作製した。
次に、この原盤に離型剤を塗布した後、熱硬化性シリコンゴムオリゴマー（ダウコウニングアジア社製：ＳＹＬＧＡＲＤ１８４、ジメチルポリシロキサン）を流し込み、１２０℃で３０分間加熱して固化させた後、剥離して、前記断面が正方形の凸部に対応する凹部を持った型（鋳型の厚さ：３ｍｍ）を作製した。さらに、前記型の両端を切断して下記紫外線硬化性樹脂の入出力部を作り鋳型とした。
この鋳型と、鋳型よりひとまわり大きいガラス基板（厚さ５００μｍ）を密着させた。次に、鋳型の一端にある入出力部に、粘度が３０００ｍＰａ・ｓの紫外線硬化性樹脂（ＪＳＲ社製：屈折率１．５０１０）を数滴落としたところ、毛細管現象により前記凹部に紫外線硬化性樹脂が充填された。５０ｍｍ充填するのに２４時間を要した。次いで、５０ｍＷ／ｃｍ^２のＵＶ光をＰＤＭＳ鋳型を透して５分間照射して紫外線硬化させた。鋳型をアートンフイルムから剥離したところ、アートンフイルム上に前記原盤凸部と同じ形状のコアが形成された。コアの屈折率は１．５９１であった。
次に、ガラス基板のコア形成面に、硬化後の屈折率がガラス基板と同じ１．５１０である紫外線硬化性樹脂（ＪＳＲ（株）製）を全面に塗布した後、５０ｍＷ／ｃｍ^２のＵＶ光を１０分間照射して紫外線硬化させ（硬化後の膜厚１０μｍ）た。ガラス基板上に高分子光導波路が得られた。この高分子光導波路の損失は、１．９８ｄＢ／ｃｍであった。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の高分子光導波路の製造方法は前記のごとき鋳型を用いるので、鋳型凹部にコア形成用硬化性樹脂を加圧充填（圧入）する際、圧力を大きくしても鋳型が変形したり、鋳型とクラッド用基材との間でずれることがなく、そのため、コア形状の精度を犠牲にすることなく、充填速度を大きくすることができる。したがって、本発明の製造方法により、コア形状を高精度に維持して導波損失の少ない高分子光導波路を、簡便な方法で、生産性が高く作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高分子光導波路の製造方法を示す工程概略図である。
【図２】本発明で用いる鋳型の例を示す概念図で、図２（Ａ）は斜視図を、図２（Ｂ）はＡ−Ａ断面図を示す。
【図３】本発明で用いる鋳型の他の例を示す概念図である。
【図４】本発明で用いる鋳型の他の例を示す概念図である。
【図５】本発明における鋳型の作製過程及び鋳型を示す概念図で、図５（Ａ）は原盤の上に鋳型形成用硬化性樹脂の層を形成する工程を、図５（Ｂ）は鋳型形成用硬化性樹脂の層の上に強化部材を押圧しその後樹脂を硬化させた状態を示す。図５（Ｃ）は作製された鋳型の凹部が顕れるように切断した断面を示す。
【図６】本発明の鋳型を固定ネジを用いてクラッド用基材に密着固定させた状態を示す概念図である。
【図７】クラッド用基材を保持部材により保持させ鋳型と密着させた状態を示す概念図である。
【図８】クラッド用基材を鋳型に密着固定させる他の態様を示す概念図である。
【符号の説明】
１０　　原盤
２０　　鋳型
２２　　樹脂硬化層
２３　　凹部
２４　　強化部材
３０　　クラッド用基材
４０　　コア
５０　　クラッド層
６２　　保持部材

Claims

１）光導波路に対応する凸部が形成された原盤を用いて、前記凸部に対応する凹部、並びに該凹部の両端部であるコア形成用硬化性樹脂の進入部及び排出部を有する鋳型を作製する工程、
２）前記鋳型にクラッド用基材を密着させる工程、
３）前記鋳型の進入部からコア形成用硬化性樹脂を鋳型凹部に進入させる工程、
４）進入させたコア形成用硬化性樹脂を硬化させ、鋳型をクラッド用基材から剥離する工程、
５）コアが形成されたクラッド用基材の上に、クラッド層を形成する工程、
を有する高分子光導波路の製造方法であって、
前記鋳型が、鋳型形成用硬化性樹脂が硬化した層からなり前記凹部並びに進入部及び排出部が設けられた硬化樹脂層と、前記硬化樹脂層を補強しかつコア形成用硬化性樹脂を圧入するための注入口を備えた強化部材とを有することを特徴とする高分子光導波路の製造方法。
前記鋳型の硬化樹脂層が、硬化性シリコーンゴムオリゴマーが硬化した層であることを特徴とする請求項１に記載の高分子光導波路の製造方法。
前記硬化樹脂層の厚さが、１０μｍ〜３０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の高分子光導波路の製造方法。
前記強化部材が、金属材料又はセラミック材料からなることを特徴とする請求項１に記載の高分子光導波路の製造方法。
前記強化部材の厚さが、１ｍｍ〜４０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の高分子光導波路の製造方法。
前記鋳型の強化部材が、さらに排気口を有していることを特徴とする請求項１に記載の高分子光導波路の製造方法。
前記強化部材の、前記凹部に対応する部分が光透過性材料よりなることを特徴とする請求項１に記載の高分子光導波路の製造方法。
前記強化部材が、前記凹部に対応する部分に開口部を有することを特徴とする請求項１に記載の高分子光導波路の製造方法。
前記１）の工程において、鋳型が、原盤の上に鋳型形成用硬化性樹脂の層を形成した後、この層の上に強化部材を載置し、次いで硬化させ、その後原盤を剥離して作製されることを特徴とする請求項１に記載の高分子光導波路の製造方法。
前記クラッド用基材が、鋳型との密着性が良好なクラッド用フィルム基材であることを特徴とする請求項１に記載の高分子光導波路の製造方法。
前記クラッド用フィルム基材が、脂環式オレフィン樹脂フイルムであることを特徴とする請求項１０に記載の高分子光導波路の製造方法。
前記２）の工程において、クラッド用基材と鋳型の強化部材を固定することを特徴とする請求項１に記載の高分子光導波路の製造方法。
前記２）の工程において、クラッド用基材が保持部材の上に置かれることを特徴とする請求項１に記載の高分子光導波路の製造方法。
前記２）の工程において、鋳型の強化部材とクラッド用基材が保持された保持部材を固定することを特徴とする請求項１に記載の高分子光導波路の製造方法。
前記３）の工程において、コア形成用硬化性樹脂を強化部材の注入口から圧入するとともに、排気口から鋳型の排出部近傍を減圧排気することを特徴とする請求項１に記載の高分子光導波路の製造方法。
前記コア形成用硬化性樹脂が、紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の高分子光導波路の製造方法。
前記鋳型形成用硬化性樹脂を硬化した層の表面エネルギーが、１０ｄｙｎ／ｃｍ〜３０ｄｙｎ／ｃｍであることを特徴とする請求項１に記載の高分子光導波路の製造方法。
前記鋳型形成用硬化性樹脂を硬化した層のシェア（Ｓｈａｒｅ）ゴム硬度が１５〜８０であることを特徴とする請求項１に記載の高分子光導波路の製造方法。
前記鋳型形成用硬化性樹脂を硬化した層の表面粗さが、０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の高分子光導波路の製造方法。
前記コア形成用硬化性樹脂を硬化させたときの体積変化が、１０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の高分子光導波路の製造方法。