JP2004177455A - 光デバイス成型用金型の製造方法および光デバイス成型用金型 - Google Patents

Abstract

【課題】光導波路等微細構造を有する光デバイスを精度よく成型加工するための金型を得る。
【解決手段】周縁部に枠状のバリア部２を有するシリコン基板１にレジスト液１０ａを過剰に塗布した後、盛り上がったレジスト液膜１０を、バリア部２の上端面にフラット板３をあてがいながら光導波方向と略平行にスキージングして所定の膜厚に液面制御する。その後、所定の反転パターンを有するマスク４を介して露光して現像し、所望するパターンをレジスト膜５に備えたマスターモデル６を作製する。そして、マスターモデル６のレジスト膜７に金属薄膜７を蒸着した後、電極板８と電気接合し、反転パターンを備えた成型用の上金型１１を得る。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は光デバイス成型用金型の製造方法および光デバイス成型用金型に関する。具体的には、光導波路等の微細構造体からなる光デバイスを、成型法を用いて製造する際に必要な金型の製造方法および当該製造方法により得られた光デバイス成型用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光デバイスの成型加工に用いられる金型は、多くの場合、所望する光デバイスのパターン面と同じパターンを有するマスターモデルから作製される。当該マスターモデルの製造方法として、例えば、特開平１１−３０５０５５号公報に開示された方法がある。この方法においては、ポジ型フォトレジストを基板上にスピンコート法で所定厚に塗布した後、露光光が透過する透明層を形成した上で、光導波路コア部のパターンを該透明層を介して露光し、現像処理している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３０５０５５号公報（第２〜３頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記方法では、フォトレジストをスピンコート法で塗布しているため、図１０（ａ）に示すように、塗布の際に生じる遠心力により基板周辺部におけるレジスト膜５の膜厚が基板中心部よりも厚くなる。例えば、厚さ６０μｍ相当のレジスト量を塗布した場合においては、基板周辺部での膜厚は中心部と比べて、５〜２０μｍ程度厚くなる。この方法により作製されたマスターモデルを用いて金型を作製した場合、金型のパターン形成面は当然同様の形状が反転転写されたものとなり、この金型を用いて作製されたクラッド基板を用いた光デバイスの断面形状は、基板の周辺部（同図（ｂ）、図４（ｂ）のＡ−Ａ線に相当する位置での断面図）と中心部（同図（ｃ）、図４（ｂ）のＢ−Ｂ線に相当する位置での断面図）とで異なるという不具合を生じる。この結果、周辺部では同図（ｂ）に示すように光の漏れが少ないものであったとしても、基板の中心部では同図（ｃ）に示すようにカバークラッド２２と光が導波するコア部２４近傍のクラッド基板２１の間に隙間が生じ、光導波効率を低下させる原因ともなっていた。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的とするところは光導波路等の微細構造を有し、高い光導波効率を有する光デバイスを精度よく成型加工するための金型を得ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の光デバイス成型用金型の製造方法は、基板にレジスト液を塗布した後、レジスト液面を制御する工程と、該レジスト液をリソグラフィにより所望のレジストパターンに形成する工程を有する光デバイス成型用金型の製造方法において、レジストパターンを形成しない部分に所望のレジスト液面高さと同じ高さを有する枠状のバリア部を備えた基板上に、過剰なレジスト液を塗布した後、塗布したレジスト液に対して光を導波させる方法と略平行な方向にスキージングを行い、前記レジスト液面を制御することを特徴としている。
【０００７】
前記バリア部を形成するためには、例えば、前記基板にレジスト液を塗布した後、所望する位置の前記レジスト液をリソグラフィ法により硬化させる方法が用いられる。
【０００８】
また、前記バリア部は、内側面が開放面側に広がるテーパ状であるものが望ましい。
【０００９】
本発明の光デバイス成型用金型は、基板上に所望するレジストパターンの反転パターンを備えた光デバイス成型用金型であって、前記金型の反転パターン形成面に、光を導波させる方向と略平行な方向性を持つ筋部が形成されたことを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、各図に従って本発明について詳細に説明する。図１は、本発明に係る光デバイス成型用金型の製造方法の一部を示す図であって、光デバイス用マスターモデルを作製する工程を示し、図２は当該光デバイス用マスターモデルから光デバイス成型用金型を作製する工程を示している。
まず、図１（ａ）に示すように、周縁部に枠状のバリア部２を有する基板１を準備する。基板１は表面が平滑なものが好ましく用いられ、例えばシリコン基板が用いられる。バリア部２は、過剰のレジスト液１０ａを塗布して基板１上に均一な膜厚のレジスト液膜１０を形成するためのものであり、いわば堰の機能を果たす。バリア部２は、基板１周縁部のように、レジストパターンを形成しない部分で、所望のパターンをバリア部２内側に形成可能な位置に設けられる。ここで重要なのは、制御目標とする高さと等しい均一な高さを有するバリア部２を作製することである。このバリア部２を作製する方法は、基板１と一体化できる方法であれば何ら制限されるものではない。例えばシリコン基板１にエッチングを施して基板１と一体化したバリア部２を作製する方法や、以下に説明する方法が採用される。バリア部２の高さは、所望するレジスト膜５とほぼ同じ高さであり、通常１０〜１００μｍ程度である。また、バリア部２は、マスターモデル６の作成に用いられるレジスト液１０ａと同じ組成のレジスト液を用いるのが望ましい。バリア部２とバリア部２内側のレジスト液１０ａの密着性がよくなり、スキージングの際のフラット性が向上する。
【００１１】
このバリア部２を有する基板１に、レジスト液１０ａを過剰に塗布した後（図１（ｂ））、端面が平滑なフラット板３を用いて、塗布したレジスト液膜１０上をバリア部２の上端面にあてがいながらスキージングを行う（図１（ｃ））。このとき、スキージングの表面粗さは、所望するレジスト膜５の１／１０位が適切である。その後、例えばホットプレート上でレジスト液膜１０を熱により半硬化させる（図１（ｄ））。
【００１２】
次いで、所定の反転パターンを有する光デバイス用露光マスク４を用いてＵＶ光を露光して硬化させた後（図１（ｅ））、未露光の部分を現像液を用いて除去する。こうして、所望のパターンが形成されたレジスト膜５を基板１上に形成して、光デバイス用マスターモデル６を得る（図１（ｆ））。この光デバイス用マスターモデル６の断面図を図３に示す。なお、露光マスク４は、スキージング方向と略平行に光導波路が形成されるように載置される。従って、レジスト膜５の上面には、スキージングの際に出来た光導波路と略平行な方向性を有する筋（図示しない）が多数形成される。
【００１３】
次に、図２に従い、該光デバイス用マスターモデル６を使って光デバイス用成型用金型１１を作製する方法について説明する。図１に従って得られたマスターモデル６のレジスト膜５上にスパッタリングや蒸着法により、金属薄膜７を形成する（図２（ａ））。そして、同図（ｂ）に示すように、銅などの電極板８上に、金属薄膜７が形成されたマスターモデル６を反転させて重ね合わせ、電極板８には負極を、金属薄膜７には正極を接続して通電し、電気接合する。この結果、レジスト膜５の反転パターンが電極板８表面に転写される。その後、レジスト膜５から電極板８を機械的な力により強制的に引き離し、同図（ｃ）に示すような光デバイスのパターンと同じパターンが形成された光デバイス成型用の上金型１１を作製する。このパターンは電極板８の上面に形成された金属薄膜７からなるものであって、いわば電極板８の上面に電気メッキが施されて形成されたものである。この上金型１１のパターン形成面には、多数の光導波方向と略平行な筋１１ａが形成されている。但し、光導波路用の凹部を形成することになる凸部１１ｂの表面（パターン形成領域）は除かれる。
【００１４】
こうして作製された光デバイス成型用の上金型１１とクラッド基板２１の基板部分に対応する凹部１２ａが形成された下金型１２を用いて、射出または圧縮等の樹脂形成法によりクラッド基板２１を成型する。すなわち、図４（ａ）に示すように、下金型１２の凹部１２ａに光透過性のよい樹脂１３を流し込み、成型加工してクラッド基板２１を得る（同図（ｂ））。このクラッド基板２１の凹部２３に、クラッド基板２１の作製に用いた樹脂よりも屈折率の大きいコア樹脂液を流し込み、カバークラッド２２を配置して樹脂液を硬化させ、所望のコア部（光導波路）２４を有する光デバイスを得る（同図（ｃ））。
【００１５】
この作製方法によれば、図５（ａ）に示すように、マスターモデル６のレジスト膜５はその上面がフラットなものになり、得られたクラッド基板２１は、同図（ｂ）（図４（ｂ）のＡ−Ａ線断面図）および同図（ｃ）（図４（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図）に示す如く、コア部２４の形成方向においてどの位置をとってもほぼ同じ断面形状となる。すなわち、スキージング方向を光導波方向と略平行にしているので、スキージングの際の表面粗さ、すなわちレジスト膜５表面に形成された筋が光導波路方向と略平行にそのまま転写され、硬化後における光導波方向と垂直な面でのレジスト切断面がどこでもほぼ同じ形状となる。また、クラッド基板２１とカバークラッド２２との間の隙間からの光の漏れが大幅に減少する。しかも、光導波方向において均一な光漏れとなり、光特性が光導波方向において均一となった光デバイスが得られる。
【００１６】
図６は、バリア部２を有する基板１の作製方法の一例を示す図である。まず、マスターモデル６の基礎となる基板１を準備し（同図（ａ））、当該基板１上にレジスト液１０ａを過剰に塗布して、例えばスピンコート法で基板１全面に所望する膜厚にレジスト液膜１０を作製する（同図（ｂ））。次いで、中央に光非透過領域９ａを有し少なくともバリア部２を形成する領域に光透過領域を設けたマスク９をレジスト液膜１０上に載せる。このとき、図７に示すように、レジスト液膜１０の膜厚をバリア部２高さと等しくなるように液膜制御する。そして、マスク９の光透過領域から光を照射してバリア部２に相当する領域のレジスト液膜１０を硬化させ（同図（ｃ））、未硬化のレジスト液膜１０を除去することによってバリア部２を形成する（同図（ｄ））。このように、フォトリソグラフィ法によって簡単に均一な高さであるバリア部２を有する基板１を得ることができる。
【００１７】
図８は、バリア部２を有する基板１の作成方法の他例を示す図である。同図（ａ）〜（ｃ）に示すごとく、レジスト膜１０の硬化までは先に示す方法と同様な処理を施されるが、この方法においては、同図（ｄ）に示すようにレジスト膜１０の硬化後に、熱リフローなどの加熱手段によってバリア部２が加熱処理される。このとき、図９（ａ）に示すように、バリア部２と基板１との接触部分における収縮がバリア部２の上部よりも制約され、バリア部２断面が台形状に変形して内側面が開放面側に広がったテーパ状に形成される（同図（ｂ））。こうして内側面が開放面側に広がるテーパ状をしたバリア部２を有する基板１が作製される（図８（ｅ））。このような内側面がテーパ面となったバリア部２を有する基板１を用いると、レジスト液１０ａとバリア部２との界面において生じた気泡がバリア部２の内側面に沿って上昇し、レジスト液膜１０から抜けやすくなる。これにより、バリア部２付近に気泡が溜まるのが防止され、マスターモデル６の製造不良を低減できる。
【００１８】
このように、本発明においては、例えば基板１の周縁部などレジストパターンを形成しない部分に所望のレジスト液膜１０の高さと同じ高さのバリア部２を有する基板１を用いてマスターモデル６を作製し、そして当該マスターモデル６から成型用金型１１を作製している。従って、この金型１１を用いて得られたクラッド基板２１は光導波方向においてほぼ均一な断面形状を有する。そして、本発明によれば、クラッド基板２１とカバークラッド２２の接合面近傍から漏出光の少ない光デバイスを大量生産できる。
【００１９】
【実施例】
次に、以下の実施例に示す如く、金型作製のためのマスターモデルを作製した。
（実施例１）
まず、６インチの円形シリコン基板上に厚み１０μｍのバリア部を基板周縁部に形成した。シリコン基板上にネガレジスト（ＴＨＢ１５０Ｎ（ＪＲＳ社製））を塗布し、１３５０ｒｐｍで基板を回転してレジスト液膜を形成した。次にホットプレート上で１２０℃４０分間熱で半硬化させ、基板よりも５ｍｍ程度小さな円形パターンを持つＣｒ等を含有するＵＶ遮断性の塗料を塗布したマスクを用いて２５秒間露光した。そして、現像液（ＴＭＡＨ２．３８％）を用いて１５分間現像し、周縁部にバリア部を有する基板を作製した。
【００２０】
次に基板上にネガレジスト（同上）を、レジスト液膜表面がバリア部の上端面よりも盛り上がるように塗布した。そして、端面が平滑となったフラット板を用いてスキージングを行い、塗布レジスト表面をバリア部と同じ高さに液面制御し、ホットプレート上で１２０℃４０分間熱硬化した。そして、所定の光導波路パターンを有する露光用マスクを用いて、２５秒間露光した後、現像液（同上）を用いて１５分間現像し、パターン形成領域を除くレジスト膜表面が非常にフラットな光デバイス用マスターモデルを作製した。
（実施例２）
まず、６インチの円形シリコン基板上に厚み１０μｍのバリア部を基板周縁部に形成した。シリコン基板上にネガレジスト（ＴＨＢ１５０Ｎ（ＪＲＳ社製））を塗布し、１３５０ｒｐｍで基板を回転してレジスト液膜を形成した。次に、ホットプレート上で１２０℃４０分間熱硬化し、基板よりも１０ｍｍ程度小さな円形パターンを持つＣｒ等を含有するＵＶ遮断性の塗料を塗布したマスクを用いて２５秒間露光した。そして、現像液（同上）を用いて１５分間現像し、その後純水にて３分間リンスして、基板周縁部にレジスト部を有する基板を作製した。
【００２１】
その後、８０〜９０℃のＫＯＨ水溶液中に数時間該レジスト部を有するシリコン基板を浸漬し、シリコン基板をエッチング処理してバリア部が一体化した基板を作製した。そして、実施例１と同様にしてマスターモデルを作製した。なお、これらのマスターモデルから光デバイス成型用金型を作製し、当該金型を用いて光導波路を有する光デバイスを作製したところ、従来品に比べて、光漏れが少なく高い光導波効率を有する、断面形状がほぼ均一である光デバイスが得られた。
【００２２】
【発明の効果】
本発明においては、レジストパターンを形成しない部分に所望のレジスト液面高さと同じ高さの枠状のバリア部を有する基板上に、過剰なレジスト液を塗布した後、塗布したレジスト液に対して光を導波させる方法と略平行な方向にスキージングを行い、前記レジスト液面を制御しているので、表面が非常にフラットなマスターモデルが得られる。本発明の光デバイス成型用金型は、このマスターモデルから作製されているので、光導波路用の凹部となるパターン形成領域を除いた表面全体が非常にフラットなクラッド基板を得ることができる。この結果、クラッド基板とカバークラッドとの間からの光漏出が非常に少なくなる。また、光導波路の導波方向と略平行方向にスキージングを行っているため、金型の表面、つまり反転パターン形成面に、導波路と略平行な方向性を持つ筋部が形成され、光導波方向のいずれにおいても均一な断面が得られる。こうして、従来と同様な成型加工により、光特性に優れた光デバイスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光デバイス成型用金型の製造方法の一部を示す図であって、光デバイス用マスターモデルを作製する工程図である。
【図２】図１で得られた光デバイス用マスターモデルを使って光デバイス用成型用金型を作製する工程図である。
【図３】図２で得られた光デバイス用マスターモデルの断面図である。
【図４】本発明に係る光デバイス成型用金型を用いて光デバイスを成形する工程図である。
【図５】本発明の利点を示す図であって、（ａ）は図２で得られたマスターモデルにおけるレジスト膜の断面図、（ｂ）は該マスターモデルから得られた光デバイスの図４のＡ−Ａ線に相当する位置における拡大断面図、（ｃ）は同光デバイスの図４のＢ−Ｂ線に相当する位置における拡大断面図である。
【図６】バリア部を有する基板の作製方法の一例を示す工程図である。
【図７】バリア部を作製するための液面制御についての説明図である。
【図８】バリア部を有する基板の作製方法の他例を示す工程図である。
【図９】バリア部の内側面がテーパ状に作製される状態を示す説明図である。
【図１０】従来例の問題点を示す図であって、（ａ）は従来のマスターモデルにおけるレジスト膜の断面図、（ｂ）は該マスターモデルから得られた光デバイスの図４のＡ−Ａ線に相当する位置における断面図、（ｃ）は同光デバイスの図４のＢ−Ｂ線に相当する位置における断面図である。
【符号の説明】
１ マスターモデルの基板
２ バリア部
６ マスターモデル
９ バリア部形成用のマスク
１０ レジスト液膜
１１ 光デバイス成型用の上金型
２１ クラッド基板

Claims (4)

1. 基板にレジスト液を塗布した後、レジスト液面を制御する工程と、該レジスト液をリソグラフィにより所望のレジストパターンに形成する工程を有する光デバイス成型用金型の製造方法において、
   レジストパターンを形成しない部分に所望のレジスト液面高さと同じ高さを有する枠状のバリア部を備えた基板上に、過剰なレジスト液を塗布した後、塗布したレジスト液に対して光を導波させる方向と略平行な方向にスキージングを行い、前記レジスト液面を制御することを特徴とする光デバイス成型用金型の製造方法。
2. 前記基板にレジスト液を塗布した後、所望する位置の前記レジスト液をリソグラフィ法により硬化させて前記バリア部を形成することを特徴とする請求項１に記載の光デバイス成型用金型の製造方法。
3. 前記バリア部は、内側面が開放面側に広がるテーパ状であることを特徴とする請求項１または２に記載の光デバイス成型用金型の製造方法。
4. 基板上に所望するレジストパターンの反転パターンを備えた光デバイス成型用金型であって、
   前記金型の反転パターン形成面に、光を導波させる方向と略平行な方向性を持つ筋部が形成されたことを特徴とする光デバイス成型用金型。

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