JP2005099514A - Method for manufacturing optical waveguide - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光通信分野、光情報処理分野において使用される光デバイスを構成する光導波路の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing an optical waveguide constituting an optical device used in the fields of optical communication and optical information processing.
従来の光導波路の製造方法としては、図5に示すように、石英ガラス基板からなる下部クラッド材1の上面側に、凹型の溝20を形成し、この溝20内に下部クラッド材1及び上部クラッド材3の屈折率よりも高い屈折率を持つ紫外線硬化樹脂を接着剤30として充填し、上部クラッド材3と貼り合わせて、溝20内の接着剤30にて光伝搬領域となるコア部4を形成している。(特許文献1)
このような製造方法にあっては、フォトリソグラフィー法及びイオンエッチング法によりガラス基板(下部クラッド材1)に溝20を形成するため、溝20形成に時間がかかり、特に溝部が数十μm以上の比較的深い溝を形成する場合にはその傾向が顕著となる。
As a conventional optical waveguide manufacturing method, as shown in FIG. 5, a
In such a manufacturing method, since the
そのため、図6に示すように、第1の低屈折率樹脂あるいは第1の低屈折率ガラスで形成された下部クラッド材1上に、コア部4となる高屈折率の熱・紫外線硬化樹脂7を所定厚さ塗布した後、フォトマスク8を用いた紫外線露光により、光導波路のコア部4を形成し、次いで熱により未硬化の部分を硬化し、側面のクラッド部30を形成する。更に、高屈折率樹脂40をコーティングし、第2の低屈折率ガラスを貼り合わせて上部クラッド材3を形成する製造方法が知られており、このような製造方法にあっては、ガラス基板(下部クラッド材1)に直接加工して溝を形成することがないため、より簡易にコア部4を形成することができる。(特許文献2)
ところで、コア部4に入射した光は屈折率の小さいクラッド材との反射を繰り返しながら伝搬するが、クラッド材に光が染み出して光損失が発生するという問題があり、上記のような製造方法で得られる光導波路の場合は、コア部4と上部クラッド材3が光吸収損失の大きい高屈折率樹脂40を介して接着されているため、光損失が大きくなるという問題がある。
By the way, although the light incident on the
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光損失の少ない光導波路を、簡易なプロセスで作製することができる光導波路の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide an optical waveguide manufacturing method capable of manufacturing an optical waveguide with little optical loss by a simple process. It is in.
上記した課題を解決するために、本発明の請求項1に係る光導波路の製造方法は、ガラス基板からなる下部クラッド材の上面側に、樹脂からなる中間クラッド層を形成する工程と、中間クラッド層に、光の伝搬方向に延びる断面略矩形の空孔部を設ける工程と、空孔部に光重合開始剤及び熱重合開始剤の少なくともいずれかを含有し、屈折率が下部クラッド材及び中間クラッド層よりも大きい熱・紫外線硬化樹脂を充填すると共に、充溢して中間クラッド層の上面側を当該熱・紫外線硬化樹脂で被覆する工程と、前記熱・紫外線硬化樹脂を、下部クラッド材と屈折率が略同一のガラス基板からなる上部クラッド材に接合させた状態で硬化させることにより、コア部及び接着層を一体に形成する工程と、を有することを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, an optical waveguide manufacturing method according to
本発明の請求項2に係る光導波路の製造方法は、前記中間クラッド層を形成する工程及び空孔部を設ける工程が、下部クラッド材の上面側に未硬化の光重合開始剤を含有する樹脂層を形成した後、当該樹脂層に導波路パターンが形成されたマスクを装着して光照射して硬化させ、その後未硬化部分を化学的に除去して中間クラッド層及び空孔部を形成するものであることを特徴とする。
In the method for manufacturing an optical waveguide according to
本発明の請求項3に係る光導波路の製造方法は、前記中間クラッド層を形成する工程及び空孔部を設ける工程が、下部クラッド材の上面側に未硬化の樹脂層を形成した後、転写面に導波路パターンが形成された金型を上面側から押圧して未硬化の樹脂層内に挿入させ、転写面を下部クラッド材の上面側に接触させた状態で樹脂層を硬化させ、その後、金型を開放するものであることを特徴とする。
In the method of manufacturing an optical waveguide according to
本発明の請求項4に係る光導波路の製造方法は、前記中間クラッド層を形成する工程及び空孔部を設ける工程が、下部クラッド材の上面側に熱可塑性樹脂からなる樹脂層を形成した後、当該樹脂層を加熱して軟化させた状態で転写面に導波路パターンが形成された金型を上面側から押圧して樹脂層内に挿入させ、転写面を下部クラッド材の上面側に接触させた状態で樹脂層を冷却して硬化させ、その後、金型を開放するものであることを特徴とする。
In the method of manufacturing an optical waveguide according to
本発明の請求項1に係る光導波路の製造方法によると、中間クラッド層が樹脂からなるので、機械的・化学的な加工性が良好となり、ガラス基板に比べてコア部を充填するための空孔部の形成が容易になる。また、コア部及び接着層を一体に形成することにより、コア部の形成と、コア部及び中間クラッド層と上部クラッド材の接合を同時に行なうことができ、光導波路の製造工程を短縮することができる。 According to the optical waveguide manufacturing method of the present invention, since the intermediate cladding layer is made of resin, the mechanical and chemical workability is improved, and the empty space for filling the core portion compared to the glass substrate is obtained. Formation of a hole becomes easy. Also, by forming the core part and the adhesive layer integrally, the core part can be formed and the core part, the intermediate clad layer and the upper clad material can be joined at the same time, and the optical waveguide manufacturing process can be shortened. it can.
請求項2に係る光導波路の製造方法によると、上述した請求項1の効果に加えて、空孔部の形成は、下部クラッド材の上面側に形成された未硬化の光重合開始剤を含有する樹脂層に、導波路パターンが形成されたマスクを装着した状態で光照射して硬化するものであるので、マスクに微細加工を施すのが容易であり、微細加工を施したマスクを用いれば、コア部が微細形状の導波路パターンを容易に得ることができる。また、現像等により樹脂層の未硬化部分を化学的に除去して空孔部を形成するため、空孔部の形成プロセスが簡略化される。
According to the method for manufacturing an optical waveguide according to
請求項3に係る光導波路の製造方法によると、上述した請求項1の効果に加えて、転写面に導波路パターンが形成された金型を上面側から押圧して未硬化の樹脂層内に挿入させ、転写面を下部クラッド材の上面側に接触させた状態で未硬化の樹脂層を硬化させた後、金型を解放して中間クラッド層及び空孔部を形成しているので、空孔部形成のために樹脂層を除去する必要がない。そのため、硬化した樹脂層を加工して空孔部を形成する場合に比べて、空孔部の寸法精度が確保しやすく、コア部形状の寸法精度が向上する。その結果、散乱による損失を減少することができ、導波路損失を低減することができる。
According to the method for manufacturing an optical waveguide according to
この請求項4に係る光導波路の製造方法によると、上述した請求項1の効果に加えて、下部クラッド材の上面側に形成しているの樹脂層が熱可塑性樹脂であるため、樹脂層を加熱して軟化させた状態で転写面に導波路パターンが形成された金型を上面側から押圧して樹脂層内に挿入させ、転写面を下部クラッド材の上面側に接触させた状態で樹脂層を冷却して硬化させ、その後、金型を開放することで中間クラッド層及び空孔部が得られるため、熱硬化性樹脂を用いた場合に比べて硬化の時間が短縮され、その結果、光導波路の製造プロセスが短縮される。
According to the method for manufacturing an optical waveguide according to
本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
(実施形態1)
本発明の第1の実施形態における光導波路の製造方法の工程図を図1に示す。同図において、1は下部クラッド材、2は中間クラッド層、2aは空孔部、3は上部クラッド材、4はコア部、5は接着層、6は樹脂層、7は熱・紫外線硬化樹脂、8はフォトマスク、9は紫外線である。
The present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a process chart of a method for manufacturing an optical waveguide according to the first embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a lower clad material, 2 is an intermediate clad layer, 2a is a hole portion, 3 is an upper clad material, 4 is a core portion, 5 is an adhesive layer, 6 is a resin layer, and 7 is a heat / ultraviolet curable resin. , 8 is a photomask, and 9 is an ultraviolet ray.
図1(a)に示すように、石英ガラスのようなガラス板からなる下部クラッド材1の上面側に、光重合開始剤を含む紫外線硬化樹脂をスピンコート等により、厚さ5〜70μm程度に均一にコーティングして、樹脂層6を形成する。光重合開始剤を含む紫外線硬化樹脂は、屈折率が下部クラッド材1と略同一の材料(屈折率:1.45〜1.60)である(メタ)アクリル系のモノマー樹脂が好適に用いられる。
As shown in FIG. 1A, an ultraviolet curable resin containing a photopolymerization initiator is formed on the upper surface side of the lower
次に図1(b)に示すように、所定の微細な導波路パターンがエッチングされたフォトマスク8を、樹脂層6上に設置し、フォトマスク8の上面側から紫外線9を照射する。その結果、図1(c)に示すように、フォトマスク8で被覆された箇所以外は硬化して、中間クラッド層2が形成される。このようにして樹脂からなる中間クラッド層を設けるのは、上部クラッド3及び下部クラッド1間にコア部を充填するためのスペース(本発明では空孔部2a)を設けるに際して、ガラス基板よりも樹脂の方が機械的及び化学的に加工性が良好であり、ガラス基板に比べてコア部を充填するためのスペースの形成が容易になるからである。
Next, as shown in FIG. 1B, a photomask 8 in which a predetermined fine waveguide pattern is etched is placed on the
その後、図1(d)に示すように、下部クラッド材1を、エタノール及びメチルエチルケトンの混合溶液からなる現像液で浸漬して、フォトマスク8で被覆されていた樹脂層6の未硬化の箇所を化学的に除去して空孔部2aを形成する。未硬化の樹脂層6は底面側まで完全に除去され、空孔部2aの底面から下部クラッド材1が露出している。この空孔部2aは、断面略矩形であって、光の伝搬方向に延出されるよう形成されている。
Thereafter, as shown in FIG. 1 (d), the lower
次に図1(e)に示すように、空孔部2aに、光重合開始剤を含有する熱・紫外線硬化樹脂7を注入して充填させ、更に注入して充溢させることにより、図1(f)に示すように中間クラッド層2の上面側を熱・紫外線硬化樹脂7で被覆する。
Next, as shown in FIG. 1 (e), the hole /
次に図1(g)に示すように、中間クラッド層2の上面側を被覆した熱・紫外線硬化樹脂7に、上面側から下部クラッド材1と屈折率が略同一のガラス基板からなる上部クラッド材3を接合させる。図1(h)に示すように、中間層2と上部クラッド3とに介在される熱・紫外線硬化樹脂7の厚さが0.05〜1.5μmとなるよう、上部クラッド材3を押圧して、その状態で下部クラッド材1の下面側から紫外線9を照射する。紫外線9は、ガラス板である下部クラッド材1を透過し、熱・紫外線硬化樹脂7に達する。また、熱・紫外線硬化樹脂7に熱重合開始剤が含有されている場合には、紫外線9に代えて熱を照射してもよく、紫外線硬化樹脂7に光重合開始剤及び熱重合開始剤の両方が含有されている場合には、紫外線9および熱の両方を照射してもよい。
Next, as shown in FIG. 1 (g), an upper clad made of a glass substrate having a refractive index substantially the same as that of the lower
図1(i)に示すように、含有する光重合開始剤及び熱重合開始剤の効果により、紫外線9が照射された熱・紫外線硬化樹脂7は硬化して、空孔部2aに充填したものからはコア部4が形成され、上部クラッド3と中間クラッド層2の間に介在するものからは両者を接着させるための接着層5が形成される。このようにコア部4及び接着層5を一体に形成することにより、コア部4の形成と、コア部4及び中間クラッド層2と上部クラッド材の接合を同時に行なうことができ、光導波路の製造工程を短縮することができる。得られた光導波路は、下部クラッド材1及び上部クラッド材3が、光損失の小さいガラス基板からなり、コア部4がこの下部クラッド材1及び上部クラッド材2の何れにも直接接合する構成となるため、光の染み出しを低減することができ、光損失の少ない光導波路を得ることができる。
(実施形態2)
本発明の第2の実施形態における光導波路の製造方法の工程図を図2に示す。同図において、1は下部クラッド材、2は中間クラッド層、2aは空孔部、6は樹脂層、9は紫外線、10は金型である。
As shown in FIG. 1 (i), the heat / ultraviolet
(Embodiment 2)
FIG. 2 shows a process chart of a method of manufacturing an optical waveguide according to the second embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a lower cladding material, 2 is an intermediate cladding layer, 2a is a hole, 6 is a resin layer, 9 is ultraviolet light, and 10 is a mold.
本実施形態は、下部クラッド材1の上面側に光重合開始剤を含む紫外線硬化樹脂からなる未硬化の樹脂層6を形成した後、導波路パターンを表面に転写した金型10を上面側から押圧して樹脂層6内に挿入させ、転写面を下部クラッド材の上面側に接触させた状態で樹脂層6を硬化させて、中間クラッド層2および空孔部2aを形成することに特徴を有しており、その他の工程については実施形態1と同一であるので、説明を省略する。
In this embodiment, an
図2(a)に示すように、下部クラッド材1の上面側に形成された樹脂層6(図1(a)の説明参照)内に、上面側から金型10で押圧して挿入させる。金型10は、樹脂層6と対向する面である押圧面に所定の微細な導波路パターン10aが形成されている。
As shown in FIG. 2A, the
図2(b)に示すように、導波路パターン10aが下部クラッド材1の上面側に到達するまで、未硬化の樹脂層6内に挿入させた金型10を押圧して、この状態で樹脂層6を硬化させて中間クラッド層2を形成する。中間クラッド層2の形成は、下部クラッド1の下面側から紫外線9を照射する。紫外線9は、ガラス板である下部クラッド材1を透過し、樹脂層6に達する。含有する光重合開始剤の効果により、紫外線9が照射された樹脂層6は硬化して、中間クラッド材2が形成される。
As shown in FIG. 2B, the
なお、本実施形態では、樹脂層6として光重合開始剤を含む紫外線硬化樹脂も用いたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、熱重合開始剤もしくは光重合開始剤及び熱重合開始剤の何れもが含有された熱硬化樹脂もしくは熱・紫外線硬化樹脂を用いてもよい。これらの場合は、紫外線9照射による樹脂層6の硬化に代えて、熱により樹脂層6を硬化して中間クラッド層2を形成することができる。
In the present embodiment, an ultraviolet curable resin containing a photopolymerization initiator is also used as the
次に、図2(c)に示すように、中間クラッド層2の形成後、金型10の押圧を解除して離型することにより空孔部2aが形成される。このように空孔部2aを形成することで、空孔部2aを設けるために中間クラッド層2を機械的に加工して一部を除去したり、中間クラッド層2や未硬化の樹脂層6を化学的に除去する必要がなくなる。そのため、機械的・化学的に加工して空孔部2aを形成する場合に比べて、空孔部2aの寸法精度が確保しやすく、その結果コア部形状の寸法精度が向上する。なお、以下の工程については、上述の図1(e)以降の工程と共通するため説明を省略する。
(実施形態3)
本発明の第3の実施形態における光導波路の製造方法の工程図を図3に示す。同図において、1は下部クラッド材、2は中間クラッド層、2aは空孔部、10は金型、11は熱可塑性樹脂層である。
Next, as shown in FIG. 2C, after forming the
(Embodiment 3)
FIG. 3 shows a process chart of a method for manufacturing an optical waveguide in the third embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a lower clad material, 2 is an intermediate clad layer, 2a is a hole, 10 is a mold, and 11 is a thermoplastic resin layer.
本実施形態は、下部クラッド材1の上面側に熱可塑性樹脂からなる樹脂層11を形成した後、当該樹脂層11を加熱して軟化させた状態で導波路パターンを表面に転写した金型10を上面側から押圧し、その後冷却して樹脂層11を硬化させて、中間クラッド層2および空孔部2aを形成することに特徴を有しており、その他の工程については実施形態1と同一であるので、説明を省略する。
In the present embodiment, after forming a
図3(a)に示すように、石英ガラスのようなガラス板からなる下部クラッド材1の上面側に、熱可塑性樹脂をキャスト法等により、厚さ5〜70μm程度に均一にコーティングして、熱可塑性樹脂層11を形成する。熱可塑性樹脂は、硬化後の屈折率が下部クラッド材1と略同一の材料(屈折率:1.45〜1.60)であるPMMAやPC等の熱可塑性樹脂が好適に用いられる。
As shown in FIG. 3A, on the upper surface side of the lower
次に、図3(b)に示すように、熱可塑性樹脂層11を溶融開始温度以上に加熱して軟化状態で、上面側から金型10で押圧して熱可塑性樹脂層11内に挿入させる。金型10は、熱可塑性樹脂層11と対向する面である押圧面に所定の微細な導波路パターン10aが形成されている。
Next, as shown in FIG. 3 (b), the
次に、図3(c)に示すように、導波路パターン10aが下部クラッド材1の上面側に到達するまで、熱可塑性樹脂層11内に挿入した金型10を押圧し、この状態で熱可塑性樹脂層11の加熱を停止して、空冷もしくは水冷等により熱可塑性樹脂層11を硬化させて中間クラッド層2を形成する。
Next, as shown in FIG. 3C, the
次に、図3(d)に示すように、中間クラッド層2の形成後、金型10の押圧を解除して離型することにより空孔部2aが形成される。このように空孔部2aを形成することで、上記実施形態2の場合と同様に、機械的・化学的な加工による空孔部2aを形成が不要となり、空孔部2aの寸法精度が確保しやすく、その結果コア部形状の寸法精度が向上する上に、下部クラッド材1の上面側に熱可塑性樹脂層11を形成しているため、加熱及び冷却により、熱可塑性樹脂層11の軟化及び硬化が迅速かつ簡易に行なうことができる。そのため、熱硬化性樹脂等を用いた場合に比べて中間クラッド層2及び空孔部2aの製造プロセスが短縮される。なお、以下の工程については、実施形態1に記載の図1(e)以降の工程と共通するため説明を省略する。
(実施形態4)
本発明の第4の実施形態における光導波路の製造方法の工程図を図4に示す。同図において、1は下部クラッド材、2は中間クラッド層、2aは空孔部、8はフォトマスク、12はエッチングマスク層である。
Next, as shown in FIG. 3 (d), after the formation of the
(Embodiment 4)
FIG. 4 shows a process chart of a method for manufacturing an optical waveguide in the fourth embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a lower cladding material, 2 is an intermediate cladding layer, 2a is a hole, 8 is a photomask, and 12 is an etching mask layer.
本実施形態は、フォトリソグラフィーにより、中間クラッド層2および空孔部2aを形成することに特徴を有しており、その他の工程については実施形態1と同一であるので、説明を省略する。
The present embodiment is characterized in that the
図4(a)に示すように、石英ガラスのようなガラス板からなる下部クラッド材1の上面側に、(メタ)アクリル系樹脂のような熱(光)硬化性樹脂をスピンコート等により、厚さ5〜70μm程度に均一にコーティング後、硬化させて中間クラッド層2を形成する。また、熱可塑性樹脂を用いる場合には、キャスト法により中間クラッド層2を形成することができる。中間クラッド材2としては、屈折率が下部クラッド材1と略同一の材料(屈折率:1.45〜1.60)であるものが好ましく、熱(光)硬化性樹脂としては(メタ)アクリル系樹脂が、熱可塑性樹脂としてはPMMAやPCが好適に用いられる。
As shown in FIG. 4A, a heat (light) curable resin such as a (meth) acrylic resin is applied to the upper surface side of the lower
次に、図4(b)に示すように、中間クラッド層2上にエッチングマスク層12を形成し、フォトリソグラフィーによりコアパターン12aを形成する。エッチングマスク層12の材料としては、有機フォトレジスタや金属が好適に用いられる。
Next, as shown in FIG. 4B, an
次に、図4(c)に示すように、中間クラッド層2のエッチングマスク層12で被覆されていない部分を、反応性イオンエッチングにより除去する。エッチングマスク層12で被覆されていない部分は、完全に除去されて、底面から下部クラッド材1の上面側が露出する空孔部2aが形成される。この空孔部は、コアパターン12aの形状に対応して形成されるため、得られた空孔部2aも、光の伝搬方向に延出されるようなパターンが形成されている。このようなフォトリソグラフィーを用いて空孔部2aを設けているので、微細かつ寸法精度の良い空孔部を得ることができ、その結果、損失の少ないコア部を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 4C, the portion of the
次に、図4(d)に示すように、エッチングマスク層12を除去する。その結果、図4(e)に示すように、中間クラッド層2の上面側が露出された状態となり、上述の図1(e)以降の工程を行なうことによって導波路を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 4D, the
1 下部クラッド材
2 中間クラッド層
2a 空孔部
3 上部クラッド材
4 コア部
5 接着層
6 樹脂層
7 熱・紫外線硬化樹脂
8 フォトマスク
9 紫外線
10 金型
11 熱可塑性樹脂層
12 エッチングマスク層
DESCRIPTION OF
Claims (4)
中間クラッド層に、光の伝搬方向に延びる断面略矩形の空孔部を設ける工程と、
空孔部に光重合開始剤及び熱重合開始剤の少なくともいずれかを含有し、屈折率が下部クラッド材及び中間クラッド層よりも大きい熱・紫外線硬化樹脂を充填すると共に、充溢して中間クラッド層の上面側を当該熱・紫外線硬化樹脂で被覆する工程と、
前記熱・紫外線硬化樹脂を、下部クラッド材と屈折率が略同一のガラス基板からなる上部クラッド材に接合させた状態で硬化させることにより、コア部及び接着層を一体に形成する工程と、
を有することを特徴とする光導波路の製造方法。 Forming an intermediate clad layer made of a resin on the upper surface side of a lower clad material made of a glass substrate;
Providing an intermediate cladding layer with a substantially rectangular cross section extending in the light propagation direction;
The void portion contains at least one of a photopolymerization initiator and a thermal polymerization initiator, and is filled with a heat / ultraviolet curable resin having a refractive index larger than that of the lower clad material and the intermediate clad layer. Coating the upper surface side of the substrate with the heat / ultraviolet curable resin,
A step of integrally forming the core portion and the adhesive layer by curing the heat / ultraviolet curable resin in a state of being bonded to an upper clad material made of a glass substrate having substantially the same refractive index as the lower clad material;
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