JP2005165087A - 高分子光導波路の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易にかつ事前に設定された電子回路・光学素子などに悪影響を与えずに、基板上へ高分子光導波路を形成することが可能な高分子光導波路の製造方法を提供する。
【解決手段】 １）ゴム鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層に、光導波路コア凸部に対応する凹部を設けてなるゴム鋳型を準備する工程、２）ゴム鋳型にクラッド用基材を密着させる工程、３）クラッド用基材を密着させたゴム鋳型の凹部にコア形成用硬化性樹脂を充填する工程、４）充填したコア形成用硬化性樹脂を常温下または１２０℃以下の常温に近い温度条件で硬化させる工程、５）ゴム鋳型をクラッド用基材から剥離する工程、及び６）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、を有することを特徴とする高分子光導波路の製造方法である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高分子光導波路の製造方法に関し、特に、埋めこみシリコン基板、又は電子回路基板上への高分子光導波路の形成が可能な高分子光導波路の製造方法に関する。

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貼り合わせる方法（選択重合法）、（２）コア層及びクラッド層を塗布後、反応性イオンエッ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いう問題がある。
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。

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（以下の特許文献１を参照）。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。

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１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る。以下の非特許文献１には詳しい解説記事が記載されている。

又はハーバード大学の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（以下の特許文献２を参照）。
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。

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。

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。

これに対し、本発明者らは既に、フレキシブルなフイルム基材をクッラド基材と兼ねさせ、該フイルム基材に高分子導波路を形成する方法を提案した（特願２００３−５８８７１号、特願２００３−５８８７２号）。この高分子光導波路の製造方法により、従来不可能であったフレキシブルな高分子光導波路を精度よく、低コストで作製することが可能になった。

ところで、最近、ＩＣ技術やＬＳＩ技術において、信号遅延やノイズの抑制及び集積度向上のために、金属配線に代わって機器装置間、機器装置内のボード間、チップ内において光配線を行なうこと、例えば、発光素子と受光素子の間を光導波路で接続することが注目されている（例えば、以下の特許文献３ないし５を参照。）。

前記特許文献３に記載の光配線素子は、発光素子からの光をコアに入射させるための入射側ミラーと、コアからの光を受光素子に出射させるための出射側ミラーを有し、さらに、発光素子から入射側ミラーおよび出射側ミラーから受光素子に至る光路に相当する箇所でクラッド層を凹状に形成し、発光素子からの光および出射側ミラーからの光を収束させるものである。また、前記特許文献４に記載の光配線素子は、コアの光入射端面を発光素子に向かって凸面となるように形成し、発光素子からの光を収束させて導波損失を抑えるものである。前記特許文献３及び４に記載の光配線素子はその構造が複雑であり、したがって、その作製にも非常に煩瑣な工程が必要となる。

さらに、前記特許文献５には、電子素子と光素子とを集積化した光電融合回路基板の上に高分子光導波路回路が直接組み立てられた光電子集積回路が記載されているが、高分子光導波路の作製はコストが高いフォトリソ法が用いられている。したがって、光電子集積回路も必然的に高価なものとなる。

これらの問題点を解決するものとして本発明者らは、特願２００２−１８７４７４号として、高分子光導波路のコア端面に直接発光部又はこれにさらに受光部を設けた、複雑な構造をもたず極めて単純化された方法により低コストで作製可能な光学素子を提供した。

そして、前記特願２００３−５８８７１号、特願２００３−５８８７２号に係る高分子光導波路に、例えば、受光素子及び／又は発光素子への電気信号用、電源用等の導電回路を設けておくと、特願２００２−１８７４７４号に係る光学素子を組み立てる際、さらに好都合となる。

一方、従来の高分子光導波路の形成には、酸処理、アルカリ処理、各種有機溶剤処理、高温処理等のハザードの処理が含まれているため、あらかじめ形成された電子回路・素子用導電性パターンや電子デバイスや光学素子が、その後の光導波路の形成工程においてダメージを受けたり、損なわれることがあった。また、その電子回路基板やシリコンウェハー基板の存在が光導波路の形成工程に悪影響を与えることがあった。
特許公報３１５１３６４号明細書 米国特許６３５５１９８号明細書 特開２０００−３９５３０号公報 特開２０００−３９５３１号公報 特開２０００−２３５１２７号公報 SCIENTIFIC AMERICAN SEPTEMBER 2001（日経サイエンス2001年12月号） IBM J. REV. & DEV. VOL. 45 NO. 5 SEPTEMBER 2001

本発明は、前記のごとき要請に基づいてなされたものであり、その目的は、簡易にかつ事前に設定された電子回路などに悪影響を与えずに、基板上へ高分子光導波路を形成することが可能な高分子光導波路の製造方法を提供することにある。

前記課題を解決する手段は以下の通りである。
＜１＞ １）ゴム鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層に、光導波路コア凸部に対応する凹部を設けてなるゴム鋳型を準備する工程、２）ゴム鋳型にクラッド用基材を密着させる工程、３）クラッド用基材を密着させたゴム鋳型の凹部にコア形成用硬化性樹脂を充填する工程、４）充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させる工程、５）ゴム鋳型をクラッド用基材から剥離する工程、及び６）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、を有することを特徴とする高分子光導波路の製造方法である。

＜２＞ 前記クラッド用基材が、クラッド層付き電子回路を埋め込んで形成したシリコン基板、又はクラッド層付き電子回路基板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である。

＜３＞ 前記ゴム鋳型が、前記硬化樹脂層を補強する強化部材を有し、該強化部材に、硬化樹脂層の凹部に連通するコア形成用硬化性樹脂の注入口が設けられていることを特徴とする前記＜１＞または＜２＞に記載の高分子光導波路の製造方法である。

＜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＜３＞に記載の高分子光導波路の製造方法である。

＜５＞ 前記強化部材の厚さの最大値が、０．５ｍｍ〜４０ｍｍであることを特徴とする前記＜３＞または＜４＞に記載の高分子光導波路の製造方法である。

＜６＞ 前記ゴム鋳型が、前記硬化樹脂層の凹部両端部におけるコア形成用硬化性樹脂の進入部及び／又は排出部に連通する応力緩和のための空隙部を有することを特徴とする前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の高分子光導波路の製造方法である。

＜７＞ 前記ゴム鋳型形成用硬化性樹脂が、液状シリコーンゴムからなることを特徴とする前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の高分子光導波路の製造方法である。

＜８＞ 前記クラッド用基材の表面に、全面または部分的にクラッド層が設けていることを特徴とする前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の高分子光導波路の製造方法である。

＜９＞ 前記３）の工程における充填に際し、ゴム鋳型凹部のコア形成用硬化性樹脂排出側から減圧吸引することを特徴とする前記＜１＞から＜８＞のいずれかに記載の高分子光導波路の製造方法である。

＜１０＞ 前記減圧吸引と同期して、ゴム鋳型凹部のコア形成用硬化性樹脂注入側から加圧により充填することを特徴とする前記＜９＞に記載の高分子光導波路の製造方法である。

＜１１＞ 前記加圧充填及び／又は減圧吸引を静圧力で行なうことを特徴とする前記＜９＞または＜１０＞に記載の高分子光導波路の製造方法である。

＜１２＞ 前記加圧充填及び／又は減圧吸引における加圧圧力又は減圧圧力を段階的に変化させて制御することを特徴とする前記＜９＞または＜１０＞に記載の高分子光導波路の製造方法である。

＜１３＞ 前記ゴム鋳型の硬化樹脂層の層厚の最大値が、１０μｍ〜５０ｍｍであることを特徴とする前記＜１＞から＜１２＞のいずれかに記載の高分子光導波路の製造方法である。

＜１４＞ 前記ゴム鋳型のコア形成用硬化性樹脂に接するゴム表面エネルギーが、１００μＮ／ｃｍ〜３５０μＮ／ｃｍであることを特徴とする前記＜１＞から＜１３＞のいずれかに記載の高分子光導波路の製造方法である。

＜１５＞ 前記ゴム鋳型のゴム鋳型形成用硬化性樹脂のシェア（Ｓｈａｒｅ）ゴム硬度が、１５〜８０であることを特徴とする前記＜１＞から＜１４＞のいずれかに記載の高分子光導波路の製造方法である。

＜１６＞ 前記ゴム鋳型のコア形成用硬化性樹脂と接するゴム表面粗さが、０．５μｍ以下であることを特徴とする前記＜１＞から＜１５＞のいずれかに記載の高分子光導波路の製造方法である。

＜１７＞ 前記ゴム鋳型のゴム鋳型形成用硬化性樹脂が、３６５ｎｍの光波長において５０％／ｍｍ以上の光透過性であることを特徴とする前記＜１＞から＜１６＞のいずれかに記載の高分子光導波路の製造方法である。

＜１８＞ 前記クラッド用基材が、セラミック樹脂複合基材、フィルム基材、セラミック基材、又はシリコンウエハーからなることを特徴とする前記＜１＞から＜１７＞のいずれかに記載の高分子光導波路の製造方法である。

＜１９＞ 前記コア形成用硬化性樹脂の硬化前粘度が５０ｍＰａ・ｓ〜３０００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする前記＜１＞から＜１８＞のいずれかに記載の高分子光導波路の製造方法である。

＜２０＞ 前記クラッド用基材と前記クラッド層との屈折率の差が、０．１以下であることを特徴とする前記＜１＞から＜１９＞のいずれかに記載の高分子光導波路の製造方法である。

＜２１＞ １）ゴム鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層に、光導波路コア凸部に対応する凹部を設けてなるゴム鋳型を準備する工程、２）ゴム鋳型にクラッド用基材を密着させる工程、３）クラッド用基材を密着させたゴム鋳型の凹部にコア形成用硬化性樹脂を充填する工程、４）充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させる工程、を有する高分子光導波路の製造方法であって、前記クラッド用基材が赤外光に対して８０％／ｍｍ以上の透過性を有し、かつ該クラッド用基材の屈折率と前記４）の工程で硬化されたコア形成用硬化性樹脂の屈折率との差が０．０１以上であることを特徴とする高分子光導波路の製造方法である。

本発明の高分子光導波路の製造方法よれば、ゴム鋳型を用いることにより、簡易にかつ事前に設定された電子回路などに悪影響を与えずに、基板上へ高分子光導波路を形成することが可能な高分子光導波路の製造方法を提供することができる。特に、クラッド用基材の表面が多少凹凸でも対応することができたり、密着性が容易に得られたり、表面エネルギーが低いゴム鋳型のために光学的表面性が得られたりする。
また、本発明によれば、電子回路形成又は埋め込みシリコン基板または電子回路基板上への高分子光導波路の製造において、電子回路形成又は埋め込みシリコン基板または電子回路基板である基材にあらかじめ、全面にクラッド層又はクラッド層パターンを形成しておき、その後、その上に高分子光導波路を形成するものであり、光導波路が事前に形成された各電子デバイスと近接し、高密度に光素子と電子素子が混載した光電混載型の回路基板が容易に作製することができる。
一方、本発明の高分子光導波路の製造方法においては、酸処理、アルカリ処理、各種有機溶剤処理、高温処理等の大きなハザードの処理は全く含まれていないため、あらかじめ形成された電子回路・素子用導電性パターンや電子デバイスや光学素子が、その後の光導波路の形成工程においてダメージを受けたり、損なわれることもない。また、その電子回路基板やシリコンウエファー基板の存在が光導波路の形成工程に悪影響を与えることもない。

本発明の高分子光導波路の製造方法は以下の１）から６）の工程を有することを特徴としている。
１）ゴム鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層に、光導波路コア凸部に対応する凹部を設けてなるゴム鋳型を準備する工程
２）ゴム鋳型にクラッド用基材を密着させる工程
３）クラッド用基材を密着させたゴム鋳型の凹部にコア形成用硬化性樹脂を充填する工程
４）充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させる工程
５）ゴム鋳型をクラッド用基材から剥離する工程
６）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

最初に、図１及び図２を用いて本発明の高分子光導波路の製造方法の１態様を説明する。図１（Ａ）ないし図１（Ｇ）は、本発明の製造方法における各工程を表す概念図であり、図２は、ゴム鋳型を該ゴム鋳型より一回り大きいクラッド用基材に密着させた状態（図１（Ｄ）で示される工程）を示す斜視図である。

図１（Ａ）は光導波路コアに対応する凸部１２が形成された原盤１０を、凸部１２の長手方向に直角に切断した切断面を示す。

次に、図１（Ｂ）が示すように、原盤１０の凸部１２が形成された面に、ゴム鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層２０ａを形成する。図１（Ｂ）は原盤１０にゴム鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層２０ａを形成したものを、凸部１２の長手方向に直角に切断した切断面を示す。

次に、ゴム鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層２０ａを原盤１０から剥離して型をとり（図示せず）、次いで型の両端を、前記凹部２２が露出するように切断することにより、凹部２２にコア形成用硬化性樹脂を充填するための進入部２２ａ（図２参照）、及び前記凸部１２に対応する凹部２２から前記樹脂を排出させるための排出部２２ｂ（図２参照）を形成して、ゴム鋳型２０を作製する（図１（Ｃ）参照）。

このようにして作製したゴム鋳型２０に、ゴム鋳型２０より一回り大きい、導電性パターン３１が形成されたクラッド用基材３０を密着させる（図１（Ｄ）及び図２を参照）。図１（Ｄ）は、ゴム鋳型２０とクラッド用基材３０を密着させたものを凹部長手方向に直角に切断した断面図を示す（図２のＡ−Ａ切断面）。次に、ゴム鋳型２０の進入部２２ａにコア形成用硬化性樹脂４０ａを数滴垂らし、毛細管現象によりゴム鋳型２０の凹部２２に該樹脂を充填する。凹部２２の他端部にある排出部２２ｂからはコア形成用硬化性樹脂が排出される（図示せず）。図１（Ｅ）はゴム鋳型２０の凹部２２に硬化性樹脂が充填されたものを凹部長手方向に直角に切断した断面図を示す。

その後、ゴム鋳型２０の凹部２２内のコア形成用硬化性樹脂を硬化させ、ゴム鋳型２０を剥離する。図１（Ｆ）は、クラッド用基材３０の上に光導波路コア４０が形成されたものを、コア長手方向に直角に切断した切断面を示す。

さらに、クラッド用基材３０のコア形成面にコア形成用硬化性樹脂の硬化層であるクラッド層５０を形成することにより、高分子光導波路６０が作製される。図１（Ｇ）は、高分子光導波路６０をコア長手方向に直角に切断した切断面を示す。

また、図３に、コアが形成されたクラッド基材の上にクラッドとなるフィルムを接着剤により接着させる例を示す。図３（Ａ）から図３（Ｆ）までは、図１（Ａ）から図１（Ｆ）で表される工程と共通で、原盤からスタートして、クラッド用基材の上にコアを形成する工程までを示す。図３（Ｇ）は、クラッド基材３０のコア形成面に接着剤層５４を用いてクラッド層（クラッドフィルム）５２を貼り合わせる工程により得られた高分子光導波路６０を、コア長手方向に直角に切断した切断面を示す。

さらに、図４に、ゴム鋳型の硬化樹脂層を補強する強化部材を設け、さらにクラッド用基板３０の光導波路コアを形成する側に導電性パターン３１を設けた例を示す。図４（Ａ）から図４（Ｆ）までは、図３（Ｂ）から図３（Ｇ）で表される工程と共通で、原盤からスタート（省略）して、導電性パターン３１が形成されたクラッド用基材３０の上に光導波路コアを形成する工程までを示す。図４（Ｆ）は、クラッド基材３０のコア形成面に接着剤層５４を用いてクラッド層（クラッドフィルム）５２を貼り合わせる工程により得られた高分子光導波路６０を、コア長手方向に直角に切断した切断面を示す。また、この例では、ゴム鋳型凹部形成領域（紫外線等の照射領域）に石英板、ガラス板、硬質プラスチック板のように光透過性の天板２４ａを用いている。本発明においては、ゴムからなるゴム鋳型を用いるため、図４のように導電性パターンが光導波路コア形成側に設けられていても、該導電性パターンに悪影響を与えることなく、光導波路コアを形成することができる。

以下に、本発明による高分子光導波路の製造方法を工程順に説明する。
１）ゴム鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層に、光導波路コア凸部に対応する凹部を設けてなるゴム鋳型を準備する工程
ゴム鋳型の作製は、光導波路コアに対応する凸部を形成した原盤を用いて行うのが好ましいが、それに限定されるものではない。以下では、原盤を用いる方法について説明する。

＜原盤の作製＞
光導波路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、例えばフォトリソグラフィー法やＲＩＥ法を特に制限なく用いることができる。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することができる。原盤に形成される光導波路コアに対応する凸部の大きさは一般的に５〜１０００μｍ程度、好ましくは４０〜２００μｍ程度であり、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、大口径の光ファイバー対応の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。

＜ゴム鋳型の作製＞
ゴム鋳型は、前記のようにして作製した原盤の光導波路コアに対応する凸部が形成された面に、ゴム鋳型形成用硬化性樹脂を塗布したり注型し、必要に応じ加熱処理をした後、該ゴム鋳型形成用硬化性樹脂を硬化させ、次いでその硬化樹脂層を剥離して作製される。また、ゴム鋳型には、前記凸部に対応する凹部にコア形成用硬化性樹脂を充填するための進入部、及び前記凸部に対応する凹部から前記樹脂を排出させるための排出部が形成されるが、その形成方法は特に制限はない。原盤に予め進入部や排出部に対応する凸部を設けておくこともできるが、簡便な方法としては、例えば、原盤にゴム鋳型形成用硬化性樹脂液により硬化樹脂層を形成した後剥離して型をとり、その後、型の両端を前記凹部が露出するように切断することにより進入部及び排出部を形成する方法が挙げられる。

また、ゴム鋳型の凹部に連通する貫通孔を凹部の両端に設けることが有効である。進入部側の貫通孔は液（樹脂）溜まりとして利用でき、排出側の貫通孔は減圧吸引管をその中に挿入して凹部内部を減圧吸引装置に接続することができる。また、進入側貫通孔をコア形成用硬化性樹脂液を注入管に連結して該樹脂液を加圧注入することも可能である。貫通孔は、凹部のピッチにより、各凹部に対応してそれぞれ設けてもよく、また、各凹部に共通に連通する１つの貫通孔を設けてもよい。

前記硬化樹脂層の層厚は、ゴム鋳型としての取り扱い性を考慮して適宜決められるが、一般的に層厚の最大値は１０μｍ〜５０ｍｍ程度が好ましい。この層厚とゴム硬度(弾性)により、剥離時の変形剥離性を適正にでき、原盤からの界面破壊を抑制させ、またコア成形時の剥離時のコア表面ダメージも抑制することができる。その意味で、ゴム材のゴム硬度、厚み、表面エネルギーは相互に関係があり、要求される成形精度により重要な制御特性値となっている。これらの要求事項を満足させることにより、近接に電子デバイスや電子回路があるような基板上でも、簡単に部分的に高分子光導波路の形成を可能にすることができる。

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ゴム鋳型との剥離を促進することもある。
ゴム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、凹部形状を維持する硬さ（硬度）を有すること、及びクラッド用基材との密着性が良好なことが好ましい。ゴム鋳型形成用硬化性樹脂には、必要に応じて各種添加剤を加えることができる。

ゴム鋳型形成用硬化性樹脂は、原盤の表面に塗布や注型等することが可能で、また、原盤に形成された個々の光導波路コアに対応する凸部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、例えば、５００〜７０００ｍＰａ・ｓ程度の粘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、溶剤の悪影響が出ない程度に加えることができる。

前記ゴム鋳型形成用硬化性樹脂としては、前記のごとき剥離性、機械強度・寸法安定性、硬度、クラッド用基材との密着性の点から、硬化後、シリコーンゴム（シリコーンエラストマー）となる硬化性オルガノポリシロキサンが好ましく用いられる。前記硬化性オルガノポリシロキサンは、分子中に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い。また、前記硬化性オルガノポリシロキサンは、一液型のものでも硬化剤と組み合わせて用いる二液型のものでもよく、また、熱硬化型のものでも室温硬化型（例えば空気中の水分で硬化するもの）のものでもよく、更に他の硬化（紫外線硬化等）を利用するものであってもよい。

前記硬化性オルガノポリシロキサンとしては、硬化後シリコーンゴムとなるものが好ましく、これには通常液状シリコーンゴム（「液状」の中にはペースト状のように粘度の高いものも含まれる）と称されているものが用いられ、硬化剤と組み合わせて用いる二液型のものが好ましく、中でも付加型の液状シリコーンゴムは、表面と内部が均一にかつ短時間に硬化し、またその際副生成物が無く又は少なく、かつ離型性に優れ収縮率も小さいので好ましく用いられる。

前記液状シリコーンゴムの中でも特に液状ジメチルシロキサンゴムが密着性、剥離性、光透過性、強度及び硬度の制御性から好ましい。また、液状ジメチルシロキサンゴムの硬化物は、一般に屈折率が１．４３程度と低いために、これから作ったゴム鋳型は、クラッド用基材から剥離させずに、そのままクラッド層として利用することができる。この場合には、ゴム鋳型と、充填したコア形成用樹脂及びクラッド用基材とが剥がれないような工夫が必要になる。

前記液状シリコーンゴムの粘度は、光導波路コアに対応する凸部を正確に写し取り、かつ気泡の混入を少なくして脱泡し易くする観点と、数ミリの厚さのゴム鋳型形成の点から、５００〜７０００ｍＰａ・ｓ程度のものが好ましく、さらには、２０００〜５０００ｍＰａ・ｓ程度のものがより好ましい。５００ｍＰａ・ｓ以下では型取り塗布効率が悪く、クラッド用基材とゴム鋳型とのゴム界面の間に侵入し、形状精度の劣化が見られることがある。また、７０００ｍＰａ・ｓ以上であると注入補助手段を尽くしても、型取り速度が上がらず、生産性が低下することがある。

さらに、ゴム鋳型のコア材に接するゴム表面の表面エネルギーは、１００μＮ／ｃｍ〜３５０μＮ／ｃｍ、好ましくは２００μＮ／ｃｍ〜２４０μＮ／ｃｍの範囲にあることが、クラッド用基材との密着性とコア形成用硬化性樹脂の注入速度の点からみて好ましい。１００μＮ／ｃｍ以下では液体の浸透が困難になり、３００μＮ／ｃｍ以上では硬化成形物の表面においてゴム鋳型剥離時に表面の接着による表面平滑性のダメージが生じることがある。

ゴム鋳型のシェア（Ｓｈａｒｅ）ゴム硬度は、１５〜８０、好ましくは２０〜５０であることが、型取り性能、凹部形状の維持、剥離性の点からみて好ましい。１５以下では、型精度が低下し、形状の再現性に問題を生じることがあり、８０以上ではゴム鋳型からの型剥離時に適正な弾性が出ないために成形物の表面平滑性のダメージを生じる。

ゴム鋳型の表面粗さ（二乗平均粗さ（ＲＭＳ））は、０．５μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以下、より好ましくは０．０５μｍ以下にすることが、形成されたコアの光導波特性において光損失を大幅に低減できる。表面粗さは、使用する光の波長の２分の１以下が必要条件であり、１０分の１以下になるとその光のコア表面粗さによる導波損失は殆ど無視できるレベルになる。

また、ゴム鋳型のゴム鋳型形成用硬化性樹脂は、紫外光領域及び／又は可視光領域において光透過性であることが好ましい。特に３６５ｎｍ波長の光に対し５０％／ｍｍ以上の光透過性を有することが好ましい。ゴム鋳型のゴム材が可視領域において光透過性であることが好ましいのは、以下の２）の工程においてゴム鋳型をクラッド用基材に密着させる際、位置決めが容易に行え、また、以下の３）の工程においてコア形成用硬化性樹脂がゴム鋳型凹部に充填される様子を観察することができ、充填完了等が容易に確認することができるからである。また、ゴム鋳型が紫外光領域において光透過性であることが好ましいのは、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、ゴム鋳型を透して紫外線硬化を行うためであり、ゴム鋳型の、紫外光領域（３５０ｎｍ〜４００ｎｍ）における透過率が５０％／ｍｍ以上であることが好ましい。

前記硬化性オルガノポリシロキサン、中でも硬化後シリコーンゴムとなる液状シリコーンゴムは、クラッド用基材との密着性と剥離性という相反した特性に優れ、ナノ構造を写し取る能力を持ち、シリコーンゴムとクラッド用基材とを密着させると液体の進入さえ防ぐことができる。このようなシリコーンゴムを用いたゴム鋳型は高精度に原盤を写し取り、クラッド用基材によく密着するため、ゴム鋳型とクラッド用基材の間の凹部のみに効率よくコア形成用樹脂を充填することが可能となり、さらにクラッド用基材とゴム鋳型の剥離も容易である。従って、このゴム鋳型からは高精度に形状を維持した高分子光導波路を、極めて簡便に作製することができる。

また、前記ゴム鋳型の硬化樹脂層がゴム弾性を有するため、硬化樹脂層の一部すなわち原盤凸部を写し取る部分以外の部分を他の剛性材料に置き換えることができ、この場合、ゴム鋳型のハンドリング性が向上する。

２）ゴム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、シリコン基板または電子回路基板であり、その基材は、フィルム基材、シリコンウエハー基材、ガラス基材、セラミック樹脂複合基材、プラスチック基材等のものが制限なく用いられる。また屈折率が適正な基材の場合はそのままでよいが、屈折率制御を必要とするものは、前記クラッド用基材に全面または部分的にクラッド層を設けることが好ましい。例えば、樹脂コートや無機材料をＰＶＤ法で着膜したものも用いられる。クラッド用コート層の屈折率は、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０．０１以上、より好ましくは０．０３以上小さいことが必要である。また、クラッド層の特性としては、平滑性においてＲａが０．１μｍ以下で、ゴム鋳型との密着性に優れ、両者を密着させた場合、ゴム鋳型の凹部以外に空隙が生じないものが好ましい。また、クラッド用基材がゴム鋳型及び／又はコアとの密着性があまり良好でない場合には、オゾン雰囲気による処理、波長３００ｎｍ以下の紫外線照射処理を行って、ゴム鋳型等との密着性を改善することが好ましい。

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る。前記フィルム基材は、作製される高分子光導波路の用途に応じ、その屈折率、光透過性等の光学的特性、機械的強度、耐熱性、ゴム鋳型との密着性、フレキシビリティー（可撓性）等を考慮して選択される。

前記フィルム基材及びクラッド層の材料としては、アクリル系樹脂（ポリメチルメタクリレート等）、脂環式アクリル樹脂、スチレン系樹脂（ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体等）、オレフィン系樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体等）、脂環式オレフィン樹脂、塩化ビニル系樹脂、塩化ビニリデン系樹脂、ビニルアルコール系樹脂、ビニルブチラール系樹脂、アリレート系樹脂、含フッ素樹脂、ポリエステル系樹脂（ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等）、ポリカーボネート系樹脂、二又は三酢酸セルロース、アミド系樹脂（脂肪族、芳香族ポリアミド等）、イミド系樹脂、スルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリオキシメチレン系樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等または前記樹脂のブレンド物等が挙げられる。
前記脂環式アクリル樹脂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（日立化成（株）製）等も用いられる。

また、脂環式オレフィン樹脂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、ゴム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。

前記フィルム基材及びクラッド層材の屈折率は、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。
また、前記フィルム基材の厚さは、光学的性能、フレキシビリティーや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０．００５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度が好ましい。

前記電子回路は、クラッド用基材の光導波路非形成部に、全面又は部分的に導電性層を塗布、ＰＶＤ法、箔の接着法により形成し、これを、常法（フォトリソ法、ドライエッチング法、レーザー加熱走査法 放電加工法等）によりパターニングする。電子回路導電性層としてはクロム、銅、アルミ、金、モリブデン、ニッケル、銀、白金、鉄、チタン、亜鉛、タングステン、スズ等の金属またはそれらの金属を含む合金等の１層又は複合薄膜層、導電性金属化合物、高分子材料にカーボンブラック等の導電性微粉末を添加した薄膜等が用いられる。特に電子回路の導電性パターンは、各電子デバイスや光制御デバイスとの電気的導通の実装を可能にする為に、ワイヤーボンデイング法やフリップチップ実装の適正がある金、銅、アルミ、モリブデン、ニッケル及びその合金類が特に良い。
前記導電性層の膜厚は ０．０５〜３０μｍ程度が適切である。より好ましくは０．２〜２μｍ厚が適切である。これにより、導波路形成時にゴム鋳型の設定を容易にする。３０μｍ厚以上の導電層が近傍に存在するとゴム鋳型の密着性が低下し、コア部型取り精度の低下を生じる。
また、電子回路用の導電性層は、クラッド用基材の光導波路非形成面に設けることが好ましく、また積層させることも可能である。そのクラッド層も前記理由と同様に５０μｍ厚さ以下が好ましい。

３）クラッド用基材を密着させたゴム鋳型の凹部にコア形成用硬化性樹脂を充填する工程
ゴム鋳型の凹部にコア形成用硬化性樹脂を充填するには、ゴム鋳型に、該ゴム鋳型より一回り大きいサイズのクラッド用基材を密着させ、凹部の進入部にコア形成用硬化性樹脂を少量垂らし毛細管現象を利用して充填したり、凹部にコア形成用硬化性樹脂を加圧充填したり、凹部の排出部を減圧吸引したり、あるいは加圧充填と減圧吸引の両方を行うなどにより充填することができる。前記のごとく凹部端部に貫通孔を設けた場合は、進入側貫通孔に樹脂を溜め加圧充填したり、排出側貫通孔に減圧吸引管を挿入して減圧吸引するなどしたり、また両方を併用したりするとなお注入効率を上げることができる。

また、前記加圧充填と減圧吸引を併用する場合はこれらを同期して圧力制御を行うことがさらに好ましく、前記加圧充填において圧力を段階的に増加させたり減少させたり、前記減圧吸引において圧力を段階的に減少させることが、ゴム鋳型が安定して固定された状態で、コア形成用硬化性樹脂をより高速に注入する相反則を両立させる点からみて好ましい。

前記加圧充填及び／又は減圧吸引は、静圧力で行うことが好ましい。静圧力で行うことで、脈動を防止することができる。静圧力は、加圧充填及び／又は減圧吸引する装置と、進入部又は排出部との途中に空間を設けたり、加圧充填の場合は高低差を利用したりするなどして発現させることができる。

コア形成用硬化性樹脂としては放射線硬化性、電子線硬化性、熱硬化性等の樹脂を用いることができ、中でも紫外線硬化性樹脂及び熱硬化性樹脂が、型取り、寸法精度や他への影響が少ないため、好ましく用いられる。特に、電子部品や素子、光部品や素子の混在した基板において高い温度の工程はその部品の性能劣化や耐久性に影響を与えることが多いが、この光硬化現象を用いるプロセスは、光照射と常温での注入工程だけである為に、常温または１２０℃以下の条件下で全工程特に型取り工程を行なう為に、電子回路や光回路を作製した後に、付加的にプロセスを行なってもその回路基板性能に悪影響を与えない。

前記コア形成用の紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂としては、紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物が好ましく用いられる。特に、オリゴマーの混合は硬化の速度の促進や、形状の精度向上に役に立つ。

また、前記紫外線硬化性樹脂としてエポキシ系、ポリイミド系、アクリル系紫外線硬化性樹脂が好ましく用いられる。
コア形成用硬化性樹脂は、ゴム鋳型とクラッド用基材との間に形成された空隙（ゴム鋳型の凹部）に充填させるため、用いるコア形成用硬化性樹脂はそれが可能なように十分低粘度であることが必要である。前記コア形成用硬化性樹脂の硬化前粘度は、５０ｍＰａ・ｓ〜３０００ｍＰａ・ｓ、望ましくは１００ｍＰａ・ｓ〜１０００ｍＰａ・ｓ、更に好ましくは３００ｍＰａ・ｓ〜７００ｍＰａ・ｓにするのが、充填速度、コア形状の良さ及び光損失の少なさの点から好ましい。５０ｍＰａ・ｓ以下では、ゴム鋳型とクラッド用基材との不要な隙間に入り込み、成形性を損ねることがあり、また３０００ｍＰａ・ｓ以上では浸透速度が極端に遅くなり、生産性が低下する。

この他に、原盤に形成された光導波路コアに対応する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好ましい。例えば、体積が減少又は増加すると導波損失大の原因になる。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０．０１〜４％の範囲である。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できれば避ける方が好ましい。特に、０．０１％以下もしくは体積膨張する材料系はゴム鋳型に対する密着性が高すぎ剥離効率が下がり、ゴム鋳型からの剥離時に表面の破断等の表面劣化が生じる為、表面の平滑性が低下し、光導波損失が上昇し、好ましくない。

コア形成用硬化性樹脂の硬化後の体積変化（収縮）を小さくするため、前記樹脂にポリマーを添加することができる。前記ポリマーはコア形成用硬化性樹脂との相溶性を有し、かつ該樹脂の屈折率、弾性率、透過特性に悪影響を及ぼさないものが好ましい。またポリマーを添加することにより体積変化を小さくする他、粘度や硬化樹脂のガラス転移点を高度に制御できる。前記ポリマーとしては例えばアクリル系、メタクリル酸系、エポキシ系のものが用いられるが、これらに限定されるものではない。

コア形成用硬化性樹脂の硬化物の屈折率は１．２０から１．６０の範囲、より好ましくは１．４から１．６の範囲が好ましく、硬化物の屈折率が前記範囲内に入る２種類以上の屈折率の異なる樹脂が用いられる場合もある。
コア形成用硬化性樹脂の硬化物の屈折率は、クラッドとなる前記クラッド用基材（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ある。コアとクラッド（クラッド用基材及びクラッド層）との屈折率の差は、０．０１以上、好ましくは０．０３以上である。
また、この工程において、毛細管現象によるコア形成用硬化性樹脂のゴム鋳型の凹部への充填を促進するために、系全体を減圧（０．１〜２００Ｐａ程度）することが望ましい。
また、前記充填を促進するため、前記系の減圧に加えて、ゴム鋳型の進入部から充填するコア形成用硬化性樹脂を加熱することにより、より低粘度化することも有効な手段である。

４）充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させる工程
充填したコア形成用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。なお、前述の通り、硬化に際しての温度条件としては、常温下または１２０℃以下の常温に近い温度条件が好ましい。

５）ゴム鋳型をクラッド用基材から剥離する工程
前記４）の工程の後、ゴム鋳型をクラッド用基材から剥離する。また、前記１）〜３）の工程で用いるゴム鋳型は、屈折率等の条件を満たせばそのままクラッド層に用いることも可能で、この場合は、ゴム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。この場合、ゴム鋳型とコア材料の接着性を向上させるためにゴム鋳型を酸処理や熱処理やオゾン処理することが好ましい。

６）コアが形成されたフィルム基材の上にクラッド層を形成する工程
コアが形成されたフィルム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クラッド用基材が同様に用いられる）や、クラッド用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。クラッド用硬化性樹脂としては紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が好ましく用いられ、例えば、紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物が用いられる。

クラッド形成用硬化性樹脂の硬化後の体積変化（収縮）を小さくするために、該樹脂と相溶性を有し、また該樹脂の屈折率、弾性率、透過特性に悪影響を及ぼさないポリマー（例えばメタクリル酸系、エポキシ系）を該樹脂に添加することができる。
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、接着剤の屈折率が該フィルムの屈折率と近いことが望ましい。用いる接着剤は紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂が好ましく用いられ、例えば、紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物が用いられる。
前記紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂の硬化後の体積変化（収縮）を小さくするために、クラッド層に添加するポリマーと同様のポリマーを添加することができる。

また、前記クラッド用基材とクラッド層との屈折率差は小さい方が好ましく、その差は０．１以下、好ましくは０．０５以下、更に好ましくは０．００１以下、差がないことが光の閉じ込めの点からみて最も好ましい。

本発明の高分子光導波路の製造方法において、特に、ゴム鋳型形成用硬化性樹脂として硬化してゴム状になる液状シリコーンゴム、中でも液状ジメチルシロキサンゴムを用い、クラッド用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、ゴム鋳型凹部構造の変形がなく、さらに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）、素早く凹部にコア形成用硬化性樹脂を充填することができる。

また、本発明の高分子光導波路の製造方法においては、前記１）ゴム鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層に、光導波路コア凸部に対応する凹部を設けてなるゴム鋳型を準備する工程において、前記硬化樹脂層を強化部材によって補強することが好ましい。強化部材の材料としては金属材料、セラミック材料、硬質プラスチック材料等で作られ、その厚さの最大値は０．５ｍｍ〜４０ｍｍ程度が適切である。また、強化部材にはコア形成用硬化性樹脂を圧入するための注入口（図８（Ａ）の仮想線で示す２４ｂを参照）が設けられる。注入口には注入管が挿入連結される。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。さらに、ゴム鋳型内部を減圧状態にすることにより充填速度をさらに上げられるように、強化部材の注入口とは反対側（コア樹脂がゴム鋳型凹部より排出される側）に排気口（図８（Ａ）の仮想線で示す２４ｃを参照）を設け、これに減圧脱気管を挿入連結し凹部排出側を減圧吸引することができる。排気口も複数設け、ゴム鋳型凹部の排出側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。

前述のように充填速度を上げるため、ゴム鋳型の進入部からコア形成用硬化性樹脂を加圧充填したり、これに加えゴム鋳型凹部の排出側を減圧吸引すると、加圧又は減圧の圧力変化が起きた場合においても、強化部材を設けることにより、ゴム鋳型とクラッド用基材との間で位置ずれが生じたり、ゴム鋳型全体や部分で振動が発生してゴム鋳型が変形したり、クラッド用基材との密着性が損なわれたりするなどを防止することができ、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。

強化部材を設けたゴム鋳型を用いる場合について図を用いて説明する。図５（Ａ）はクラッド用基材３０に強化部材を設けたゴム鋳型を密着させた斜視図を示す。図５（Ａ）中２４は強化部材でありゴム鋳型凹部形成領域（紫外線等の照射領域）は強化部材を切り欠いた構造となっている。また２６ａ、２６ｂは注入管を、２８ａ、２８ｂは減圧脱気管をそれぞれ示し、９０は強化部材２４とクラッド用基材３０とがわずかでも位置ズレを起こさないようにするために、両者を固定するためのネジである。２０ａはゴム鋳型の硬化樹脂層であり、この部分は強化部材２４により覆われていない。
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＡ−Ａ断面図であり、２２はゴム鋳型凹部を示す。図５（Ｃ）は、図５（Ａ）のＢ−Ｂ断面図であり、ゴム鋳型凹部両端部において、コア形成用硬化性樹脂の進入部と排出部とに連通する応力緩和のための空隙部２２ａ、２２ｂを有する。

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示す態様は、図５と同様な強化部材を備えたゴム鋳型を用いる例を示し、クラッド用基材３０とゴム鋳型が位置ズレしないように、クラッド用基材を保持する保持部（凹部）を有する保持部材９２を用いるもので、これも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に有効である。また、この例では、ゴム鋳型凹部形成領域（紫外線等の照射領域）に石英板、ガラス板、硬質プラスチック板のように光透過性の天板２４ａを用いている。他の構成は図５（Ａ）、図５（Ｂ）と同様であるので同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示す態様は、保持部材９２に固定用の嵌合用溝９３を設け、一方ゴム鋳型の強化部材２４に嵌合用部材２９を設け、嵌合用部材２９を嵌合用溝９３の中に嵌め込んで固定する構成である。他の構成は図５（Ａ）、図５（Ｂ）と同様であるので同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

また、複数の光導波路コアをクラッド用基材上に形成する場合、前記のごとき強化部材を設けたゴム鋳型の硬化樹脂層に、圧力緩和のための空隙部を設けることが好ましい。空隙部は、ゴム鋳型の複数凹部の一方の端部における進入部（コア形成用硬化性樹脂の充填口）のすべての進入部に連通する共通の空間を意味する。また、前記の空隙に加え、ゴム鋳型の複数凹部の他端部における排出部のすべての排出部に連通する空隙部を設けることが好ましい。進入部に空隙部を設けることにより、進入部に直接注入圧力が作用せず、各進入部に対する注入圧力が緩和され均一化される。また、排出部空隙を設けることにより、吸引負圧の緩和と均一化が得られ、ゴム鋳型各凹部への樹脂の注入が均一化される。

空隙部の断面積は、すべての凹部の総断面積の５〜２００００倍であることが好ましく、より好ましくは５００〜２５００倍である。（ここで、「すべての凹部の総断面積」とは、空隙部を通じて連通する各凹部の端部の面積の総和を意味する。）

図８は進入部及び排出部に空隙部を設けたゴム鋳型の一例を示す断面図である。
図８（Ａ）は、ゴム鋳型をゴム鋳型凹部及び空隙部が現われるように切断した切断面を示す図で、図８（Ａ）中、２０はゴム鋳型、２１は空隙部、２２は凹部、２４は強化部材、２４ｂは強化部材に設けた注入口、２４ｃは排出部をそれぞれ示す。また、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）をＡ−Ａ線で切断した切断面を示す。

以上の本発明において、高分子光導波路の作製工程は非常に簡便で低コストになり、電子回路混載基板に対しての高分子光導波路の形成も簡易工程かつ低コストで実行することができる。また形成される高分子光導波路は形状等を自由に設定することができるため電子デバイスの凸凹面上であっても導波路形成が可能であり、シリコンウエハー等の電子回路を埋め込んて形成したものの上や近接部分でも導波路作製対応が容易である。他に、作製工程が簡便であるにもかかわらず極めて高精度な形状再現性で、導波損失も小さいことも大きな特徴である。さらに、クラッド層付き基材として可撓性フィルム基材を用いた場合においても、各種機器への自由な装填が可能な高分子光導波路が得られる。

次に、本発明の高分子光導波路の製造方法の別の態様について説明する。本発明の別の態様による高分子光導波路の製造方法は、１）ゴム鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層に、光導波路コア凸部に対応する凹部を設けてなるゴム鋳型を準備する工程、２）ゴム鋳型にクラッド用基材を密着させる工程、３）クラッド用基材を密着させたゴム鋳型の凹部にコア形成用硬化性樹脂を充填する工程、４）充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させる工程、を有する高分子光導波路の製造方法であって、前記クラッド用基材が赤外光に対して８０％／ｍｍ以上の透過性を有し、かつ該クラッド用基材の屈折率と前記４）の工程で硬化されたコア形成用硬化性樹脂の屈折率との差が０．０１以上であることを特徴としている。

本態様によると、クラッド用基材が赤外光に対して８０％／ｍｍ以上の透過性を有し、かつ該クラッド用基材の屈折率と、硬化後のコア形成用硬化性樹脂の屈折率との差が０．０１以上であることにより、クラッド用基材での光の吸収が少なく、光の導波効率が向上する。

本態様において、クラッド用基材は赤外光に対して、８０％／ｍｍ以上の透過性を有するが、赤外光の波長領域すべてにおいて８０％／ｍｍ以上の透過性を有しなければならないというのではなく、赤外光領域のある特定の波長領域において８０％／ｍｍ以上の透過性を有していればよい。例えば、７８０ｎｍの波長の赤外光、８５０ｎｍの波長の赤外光、１．３μｍの波長の赤外光それぞれに対して８０％／ｍｍ以上の透過性を有する材質を各々選定すればよい。また、クラッド用基材の赤外光に対する透過性は、９０％／ｍｍ以上であることが好ましい。

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］
＜ゴム鋳型の作製＞
石英基板に紫外線硬化型厚膜レジスト（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高圧水銀灯で露光し、現像して、断面が正方形の凸部（幅：５０μｍ、高さ：５０μｍ、長さ：５０ｍｍ）を５本形成した。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。そして、この原盤の表面に離型剤を塗布した。

次に、図５（Ａ）で示すような、紫外線照射部分に対応する開口部を有し、かつ３つの注入口及び３つの排気口を有する強化部材（厚さ１．５ｍｍのアルミニウム製）を用意した。この強化部材を、離型剤を塗布した原盤にかぶせた。
次いで、強化部材の開口部から、熱硬化性液状ジメチルシロキサンゴム（ダウコウニングアジア社製：ＳＹＬＧＡＲＤ１８４、粘度５０００ｍＰａ・ｓ）及びその硬化剤を混合したものを流し込み（この際、原盤凸部の末端部は前記ゴムで覆われないようにした）、１２０℃で３０分間加熱して硬化させた。硬化後、硬化ゴム（硬化樹脂層）と強化部材とが一体になったものを原盤から剥離したところ、前記凸部に対応する凹部を持ち、凹部にコア形成用硬化性樹脂を充填するための進入部及び該樹脂を凹部から排出させるための排出部が形成されたゴム鋳型が作製された。

＜クラッド用基材への導電パターンの形成＞
アートンフイルム（膜厚１００μｍ）を１６０℃に加熱した状態で、真空蒸着法により、その片面全面にクロム接着層０．２μｍ及び銅導電層０．８μｍを成膜して、金属導電層を設けた。
次に、スピナ−でポジ型レジスト（東京応化製）を塗布し、８０℃２分のプリベークを行い、１．２μｍのレジスト膜を得た。次に、高圧水銀灯を有する紫外線露光用真空密着型マスクアライナーを用い、面発光レーザー制御用配線パターンと電源配線パターン用のパターンマスクを用いて、パターン露光を行い、アルカリ剤で現像を行い水洗し、１３０℃でポストベークを２分間行った。その後、塩化鉄から成るエッチング液で銅及びクロム層を除去し、次ぎにアセトン液に浸漬させながら超音波を与えてレジスト膜の剥離を行い、その後水洗を行った。アートンフィルム上に、薄膜金属からなる導電性パターンが得られ、各種電子デバイスを実装し電子回路を形成した。この電子回路の上に、粘着層を持つフィルムで覆い汚れ等を防止した。

＜光導波路コア及びクラッド層の形成＞
前記ゴム鋳型を、アートンフイルムの電子回路を有しない非形成面に加圧密着させた。また、電子回路が無い部分に前記ゴム鋳型の強化部材の各注入口と各排気口に注入管と減圧脱気管を接続した。圧力調整制御機を通して加圧注入管からゴム鋳型凹部に、粘度が１３００ｍＰａ・ｓの紫外線硬化性樹脂（ＪＳＲ社製：ＰＪ３００１）を３０ｋＰａの加圧圧力で注入した。また、ゴム鋳型の排出部では、減圧脱気管を通し静圧による−５０ｋＰａの減圧吸引を行なった。４０秒でゴム鋳型凹部に紫外線硬化性樹脂を充填することができた。
ゴム鋳型から加圧注入管及び減圧脱気管をはずし、ゴム鋳型の露光用開口部から３０ｍＷ／ｃｍ²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。ゴム鋳型を剥離すると、アートンフイルム上に屈折率１．５７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１．５１である紫外線硬化性樹脂（ＪＳＲ（株）製）を全面に塗布した後、３０ｍＷ／ｃｍ²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。以上のようにして、フレキシブルな高分子光導波路を得た。この高分子光導波路の平均導波損失は、０．２８ｄＢ／ｃｍであった。

導電層パターン上に設けられていた面発光レーザー用台座部に面発光レーザーを光学アライメントを行いながら接着剤でアートンフィルムに接合した。次に、面発光レーザー、面発光レーザー、及び電源配線パターンを金ワイヤーによりワイヤーボンデイングして、光導波路への光の導波を確認した。
また光スイッチデバイスを半田バンプを用いて接合兼接着を行い、高分子光導波路中に設定し、光スイッチとしての機能の確認ができた。

［参考例１］
電子回路を設けないアートンフィルムを用いて実施例１と同様にしてコア及びクラッド層を形成した後、アートンフィルムのコア非形成面に実施例１と同様にして電子回路を形成し、高分子光導波路を作製した。この高分子光導波路の３本の光導波路コアの平均導波損失は、６．１ｄＢ／ｃｍであった。他の２本は光導波を確認できなかった。電子回路の導電性パターンを形成する際のフォトリソ工程における光導波路コアの形状劣化は、顕微鏡で確認できた。以上のことから、電子回路と光導波路コアとの混載基板を形成する場合は、予め電子回路を形成してから光導波路コアを形成することが好ましいことが分かる。

［実施例２］
＜ゴム鋳型の作製＞
石英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：８０μｍ、高さ：８０μｍ、長さ：１００ｍｍ）を１０本作製した。次に、これを１２０℃でポストベークした。このようにして作製した凸部の１つの端部に、モールドにより、高さ２ｍｍ、幅（凸部に直交する方向）１０ｍｍ、基板長手方向長さ２０ｍｍの、断面が長方形の圧力緩和空隙作製用凸部を形成し、原盤とした。

次に、図６（Ａ）に示すようなアルミ製の強化部材を作製した。露光用開口部２４ａは石英ガラス製とした。
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ーンゴムオリゴマー（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、凸部の長手方向の一端が一部露出するように、かつ、他端にある空隙部作製用凸部の端部までが覆われるように、塗布した。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（硬化樹脂層）の厚さは１０ｍｍであった。次いでこれを原盤から剥離しゴム鋳型を得た。ゴム鋳型のシリコンゴム層には、４０μｍ角の凹部と、コア形成用硬化性樹脂の進入部と排出部、空隙部とが形成された。

＜クラッド用基材へ電子回路ユニットの形成＞
アートンフイルム（膜厚１５０μｍ）を１７０℃に加熱した状態で、高周波スパッタ法により、片面全面にアルミ導電層を１．１μｍの膜厚で成膜して、金属導電層を設けた。
次ぎに、スピナーでポジ型レジスト（東京応化製）を塗布し、８０℃２分のプリベークを行い、１．２μｍのレジスト膜を形成した。次に、高圧水銀灯を有する紫外線露光用真空密着型マスクアライナーで、面レーザー発光素子制御用電子配線パターンと電源配線パターンを有するパターンマスクを用いてパターン露光を行った。次いで、アルカリ剤で現像を行い、水洗し、１３０℃でポストベークを２分間行った。その後、塩酸からなるエッチング液でアルミ層を除去し、次ぎにアセトン液に浸漬させながら超音波を与えながらレジストの剥離を行い、その後水洗を行い、アルミ導電層薄膜パターンをフィルムの上に形成し、各種電子テ゛ハ゛イスを接着し、各入力・出力部分の結線実装を行ない電子回路部分を完成させた。次ぎに電子回路部分に粘着層を持つフィルムを被覆し、汚れ・腐食等の防止を行った。

＜光導波路コア及びクラッド層の形成＞
前記ゴム鋳型をアートンフイルムの電子回路部分の非形成面に加圧密着させた。また、前記ゴム鋳型の強化部材の各注入口と各排気口に注入管と減圧脱気管を接続した。注入管にはコア形成用硬化性樹脂を入れた加圧タンクに接続し、さらに加圧タンクに窒素ボンベを直結させ、静圧で該樹脂を圧入できるようにした。また、減圧脱気管は、圧力制御機構と減圧タンクを介して真空ポンプに接続し、圧力調整された静圧力による減圧吸引が行なわれるようにした。
静圧による加圧と同期して静圧による吸引を行ないながら、ゴム鋳型凹部に、粘度が５００ｍＰａ・ｓの紫外線硬化性樹脂（ＪＳＲ社製：ＰＪ３００１）を圧力注入した。
充填終了後、ゴム鋳型から注入管及び減圧脱気管をはずし、ゴム鋳型の石英製窓を通して８０ｍＷ／ｃｍ²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。
ゴム鋳型を剥離すると、アートンフイルム上に屈折率１．５７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１．５１である熱硬化性樹脂（ＪＳＲ（株）製）を全面に塗布した後、加熱硬化させたところ、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平均導波損失は、０．２９ｄＢ／ｃｍであった。
最後に、実施例１と同様にして、光導波路への光の良好な導波を確認した。

［実施例３］
＜ゴム鋳型の作製＞
石英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・水洗工程を経て、断面が正方形の微細凸部（幅：５０μｍ、高さ：５０μｍ、長さ：１００ｍｍ）を１５本作製した。次に、これを１２０℃でポストベークした。このようにして作製した凸部の両端部に、モールドにより、高さ２ｍｍ、幅（凸部に直交する方向）１５ｍｍ、基板長手方向長さ１０ｍｍの、断面が長方形の圧力緩和空隙作製用凸部を形成し、原盤とした。
次に、図６（Ａ）に示すようなステンレス製の強化部材を作製した。露光用開口部２４ａは石英材とし、この原盤と強化部材を用いて、実施例２と同様にゴム鋳型を作製した。

＜電子回路及びクラッド層の形成＞
基材として、各種レーザー発光素子用ドライバーや光スイッチ用駆動素子等の電子回路が埋めこみ又は表面実装されて設定されている１０インチシリコンウエハーの表面にアートン材料（ノルボルネン構造のテトラシクロドデセン誘導体ポリマー）を塗布固化させて、フォトリソ法によりパターニングして１０μｍ厚のクラッド層を形成したものを用いた。

＜光導波路コア及びクラッド層の形成＞
実施例２と同様にして、ゴム鋳型をシルコンウエハーに密着させ、コア用紫外線硬化樹脂液を注入できるように設定を行ない、粘度が１３００ｍＰａ・ｓの紫外線硬化性樹脂（ＪＳＲ社製：ＰＪ３００１）をゴム鋳型凹部に充填した。
充填終了後、ゴム鋳型から加圧注入管及び減圧脱気管をはずし、ゴム鋳型の石英製窓を通して５０ｍＷ／ｃｍ²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。ゴム鋳型を剥離すると、シリコン基板のクラッド層の上に屈折率１．５９のコアが形成された。
さらに、シリコン基材のコア形成面に、硬化後の屈折率がクラッド層材と同じ１．５１である紫外線硬化性接着剤（ＪＳＲ（株）製）を全面に塗布した後、膜厚１００μｍのアートンフィルムを載せ、５０ｍＷ／ｃｍ²のＵＶ光を１５分間照射して紫外線硬化させた。電子回路付きシリコン基板を用いたサンドイッチ型高分子光導波路が得られた。この高分子光導波路の平均導波損失は、０．２８ｄＢ／ｃｍであった。
最後に、実施例１と同様にして、光導波路での光の良好な導波を確認した。

本発明の高分子光導波路の製造方法の一態様を示す概念図である。 クラッド用基材に鋳型を密着させた状態を示す斜視図である。 本発明の高分子光導波路の製造方法の別の態様を示す概念図である。 本発明の高分子光導波路の製造方法のさらに別の態様を示す概念図である。 強化部材を備えたゴム鋳型を用いるコア材料充填工程を説明するための概念図である。 強化部材を備えたゴム鋳型を用いる他のコア材料充填工程を説明するための概念図である。 強化部材を備えたゴム鋳型を用いる他のコア材料充填工程を説明するための概念図である。 ゴム鋳型の硬化樹脂層に応力緩和のための空隙を設けた例を示す図である。

符号の説明

１０ 原盤
１２ 光導波路コアに対応する凸部
２０ ゴム鋳型
２１ａ コア形成用硬化性樹脂の注入管
２１ｂ 注入ヘッド
２１ｃ 脱気管
２２ ゴム鋳型凹部
２２ａ コア形成用硬化性樹脂の進入部
２２ｂ コア形成用硬化性樹脂の排出部
３０ クラッド用基材
３１ 導電性パターン
４０ａ コア形成用硬化性樹脂
４０ コア
５０ クラッド層
６０ 高分子光導波路

Claims (21)

1. １）ゴム鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層に、光導波路コア凸部に対応する凹部を設けてなるゴム鋳型を準備する工程、２）ゴム鋳型にクラッド用基材を密着させる工程、３）クラッド用基材を密着させたゴム鋳型の凹部にコア形成用硬化性樹脂を充填する工程、４）充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させる工程、５）ゴム鋳型をクラッド用基材から剥離する工程、及び６）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、を有することを特徴とする高分子光導波路の製造方法。
2. 前記クラッド用基材が、クラッド層付き電子回路を埋め込んで形成したシリコン基板、又はクラッド層付き電子回路基板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。
3. 前記ゴム鋳型が、前記硬化樹脂層を補強する強化部材を有し、該強化部材に、硬化樹脂層の凹部に連通するコア形成用硬化性樹脂の注入口が設けられていることを特徴とする請求項１または２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請求項３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の最大値が、０．５ｍｍ〜４０ｍｍであることを特徴とする請求項３または４に記載の高分子光導波路の製造方法。
6. 前記ゴム鋳型が、前記硬化樹脂層の凹部両端部におけるコア形成用硬化性樹脂の進入部及び／又は排出部に連通する応力緩和のための空隙部を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の高分子光導波路の製造方法。
7. 前記ゴム鋳型形成用硬化性樹脂が、液状シリコーンゴムからなることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の高分子光導波路の製造方法。
8. 前記クラッド用基材の表面に、全面または部分的にクラッド層が設けていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の高分子光導波路の製造方法。
9. 前記３）の工程における充填に際し、ゴム鋳型凹部のコア形成用硬化性樹脂排出側から減圧吸引することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の高分子光導波路の製造方法。
10. 前記減圧吸引と同期して、ゴム鋳型凹部のコア形成用硬化性樹脂注入側から加圧により充填することを特徴とする請求項９に記載の高分子光導波路の製造方法。
11. 前記加圧充填及び／又は減圧吸引を静圧力で行なうことを特徴とする請求項９または１０に記載の高分子光導波路の製造方法。
12. 前記加圧充填及び／又は減圧吸引における加圧圧力又は減圧圧力を段階的に変化させて制御することを特徴とする請求項９または１０に記載の高分子光導波路の製造方法。
13. 前記ゴム鋳型の硬化樹脂層の層厚の最大値が、１０μｍ〜５０ｍｍであることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の高分子光導波路の製造方法。
14. 前記ゴム鋳型のコア形成用硬化性樹脂に接するゴム表面エネルギーが、１００μＮ／ｃｍ〜３５０μＮ／ｃｍであることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の高分子光導波路の製造方法。
15. 前記ゴム鋳型のゴム鋳型形成用硬化性樹脂のシェア（Ｓｈａｒｅ）ゴム硬度が、１５〜８０であることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の高分子光導波路の製造方法。
16. 前記ゴム鋳型のコア形成用硬化性樹脂と接するゴム表面粗さが、０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の高分子光導波路の製造方法。
17. 前記ゴム鋳型のゴム鋳型形成用硬化性樹脂が、３６５ｎｍの光波長において５０％／ｍｍ以上の光透過性であることを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載の高分子光導波路の製造方法。
18. 前記クラッド用基材が、セラミック樹脂複合基材、フィルム基材、セラミック基材、又はシリコンウエハーからなることを特徴とする請求項１から１７のいずれか１項に記載の高分子光導波路の製造方法。
19. 前記コア形成用硬化性樹脂の硬化前粘度が５０ｍＰａ・ｓ〜３０００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする請求項１から１８のいずれか１項に記載の高分子光導波路の製造方法。
20. 前記クラッド用基材と前記クラッド層との屈折率の差が、０．１以下であることを特徴とする請求項１から１９のいずれか１項に記載の高分子光導波路の製造方法。
21. １）ゴム鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層に、光導波路コア凸部に対応する凹部を設けてなるゴム鋳型を準備する工程、２）ゴム鋳型にクラッド用基材を密着させる工程、３）クラッド用基材を密着させたゴム鋳型の凹部にコア形成用硬化性樹脂を充填する工程、４）充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させる工程、を有する高分子光導波路の製造方法であって、
    前記クラッド用基材が赤外光に対して８０％／ｍｍ以上の透過性を有し、かつ該クラッド用基材の屈折率と前記４）の工程で硬化されたコア形成用硬化性樹脂の屈折率との差が０．０１以上であることを特徴とする高分子光導波路の製造方法。

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