JP2005181662A - 高分子光導波路の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 簡易に基板上へ高精度の高分子光導波路を作製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）ゴム層形成用凹部を有する剛体基板のゴム層形成用凹部に、光導波路コア凸部に対応する凹部を有するゴム鋳型形成用硬化性樹脂からなるゴム層が埋設されてなる複合積層構造のゴム鋳型を準備する工程、２）ゴム鋳型にクラッド用基材に密着させる工程、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光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、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。
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。
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、簡易に基板上へ高精度の高分子光導波路を作製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）ゴム層形成用凹部を有する剛体基板のゴム層形成用凹部に、光導波路コア凸部に対応する凹部を有するゴム鋳型形成用硬化性樹脂からなるゴム層が埋設されてなる複合積層構造のゴム鋳型を準備する工程、２）ゴム鋳型にクラッド用基材に密着させる工程、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光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、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＞ 前記剛体基板のゴム層形成用凹部に、前記ゴム層の凹部と略相似形状であって、該ゴム層の凹部の溝深さ及び幅よりも１μｍ〜３ｍｍ大きい溝部を含み、かつ前記剛体基板の厚みの最大値が０．０５〜４０ｍｍ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である。
＜３＞ 前記コア形成用硬化性樹脂が光硬化型であって、前記剛体基板と前記ゴム層とが該コア形成用硬化性樹脂を光硬化させる波長の光を透過する材料からな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＞ 前記剛体基板及び前記ゴム層の、前記コア形成用硬化性樹脂を光硬化させる波長の光に対する透過率が５０％／ｍｍ以上であ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＞ 前記ゴム鋳型が、前記剛体基板を補強する強化部材を有し、該強化部材に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＞から＜４＞のいずれかに記載の高分子光導波路の製造方法である。
＜６＞ 前記強化部材が、金属材料、セラミック材料、又はプラスチック材料からなることを特徴とする前記＜５＞に記載の高分子光導波路の製造方法である。
＜７＞ 前記コア用硬化樹脂層が、凹部両端部における進入部及び／又は排出部に連通する部分に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＜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＞ 前記ゴム鋳型形成用硬化性樹脂が、シリコーン系ゴム材であ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られてい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３）の工程における充填に際し、前記ゴム鋳型の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＜９＞のいずれかに記載の高分子光導波路の製造方法である。
＜１１＞ 前記減圧吸引と同期して、前記ゴム鋳型の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＜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／又は減圧吸引を静圧力で行なうことを特徴とする前記＜１０＞または＜１１＞に記載の高分子光導波路の製造方法である。
＜１３＞ 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＜１０＞または＜１１＞に記載の高分子光導波路の製造方法である。
＜１４＞ 前記ゴム層の層厚の最大値が、５μｍ〜５ｍｍ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、１０〜４５の範囲に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＞ 前記ゴム層の表面エネルギーが、１０μＮ／ｃｍ〜３５０μＮ／ｃｍ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＞ 前記ゴム層のコア形成用硬化樹脂と接する面の表面粗さが、０．５μｍ以下であることを特徴とする前記＜１＞から＜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＞ 前記ゴム層の、前記コア形成用硬化性樹脂を光硬化させる波長の光に対する透過率が５０％/ｍｍ以上であ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＞ 前記コア形成用硬化性樹脂の硬化前粘度が５０ｍＰａ・ｓ〜２０００ｍＰａ・ｓ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。
＜２１＞ 前記クラッド用基材の屈折率と、前記コア形成用硬化性樹脂の屈折率との差が０．０１以上あることを特徴とする前記＜１＞から＜２０＞のいずれかに記載の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においては、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、高精度の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。
また、従来においては、コア形成用硬化樹脂の注入時に減圧や加圧で注入することでゴム鋳型が変形し易かったり、振動し易かったりして高精度な型どりが困難であったが、本発明の高分子光導波路の製造方法においては、ゴム層形成用凹部を有する剛体基板のゴム層形成用凹部に、光導波路コア凸部に対応する凹部を有するゴム鋳型形成用硬化性樹脂からなるゴム層が埋設されてなる複合積層構造のゴム鋳型を用いることにより、変形や振動に耐性がを有する高精度なコア層形成を可能とした。
また、容易にクラッド基板に対し効率の良い圧接密着も可能になりゴム鋳型と基板の密着信頼性が容易に得られたり、表面エネルギーの低いゴム層や低いゴム硬度の材料を用いることが容易に出きる為、光学的表面性を得やすかったりして、光導波路の作製工程は非常に簡便で低コストになり、各種基板に対しても容易に高分子光導波路の作製も簡易工程かつ低コストを可能にした。また形成される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だり形成した物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、導波損失も小さい光学特性も達成できる特徴も有している。さらに、クラッド用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。
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）ゴム層形成用凹部を有する剛体基板のゴム層形成用凹部に、光導波路コア凸部に対応する凹部を有するゴム鋳型形成用硬化性樹脂からなるゴム層が埋設されてなる複合積層構造のゴム鋳型を準備する工程
２）ゴム鋳型にクラッド用基材に密着させる工程
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を参照して本発明の高分子光導波路の製造方法の１態様について説明する。図１（Ａ）〜（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）〜（Ｃ）は、光導波路コアに対応する凸部１２が形成されたコア原盤１０を用いゴム鋳型を作製するプロセスを示す概念図であり、図１（Ｄ）〜（Ｇ）は、作製したゴム鋳型を用い高分子光導波路コアを作製するプロセスを示す概念図である。
図１（Ａ）は光導波路コアに対応する凸部１２が形成されたコア原盤１０を、凸部１２の長手方向に直角に切断した切断面を示す。
図１（Ｂ）は、剛体基板２０ａのゴム層形成用凹部２０ｂを、コア原盤１０の凸部１２が形成された面に密着させた状態を示す図である。ゴム層形成用凹部２０ｂは、コア原盤１０の凸部１２よりも溝深さ及び幅が大きく、凸部１２と略相似形状で、凸部１２と同数の溝部２０ｃを含み、コア原盤１０の各凸部１２は各溝部２０ｃに囲まれている。そして、図１（Ｂ）に示すように、コア原盤１０の凸部１２と、剛体基板２０ａのゴム形成用凹部２０ｂとの間には空間を有する。
前記空間にゴム鋳型形成用硬化性樹脂を充填し、該樹脂を硬化させゴム層を形成する。そして、剛体基板２０ａとゴム層２１とが一体となった状態で、原盤１０から剥離する。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２３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２３に、ゴム鋳型２３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２３とクラッド用基材３０を密着させた状態で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２３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２３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２３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２３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２３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、ゴム鋳型の剛体基板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クラッド層３２を設けた例を示す。図３（Ａ）から図３（Ｇ）までは、図１（Ａ）から図１（Ｇ）で表される工程と共通で（ただし、図３（Ａ）はコア原盤に剛体基板などを密着させている。）、コア原盤１０からスタート（省略）して、クラッド層が形成されたクラッド用基材３０の上に光導波路コア６０を形成する工程までを示す。
さらに、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４（Ａ）は図３（Ａ）と、図４（Ｂ）は図３（Ｃ）と、図４（Ｃ）から図４（Ｅ）までは図３（Ｄ）から図３（Ｆ）で表される工程と共通で、コア原盤からスタートして、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。
本発明においては、ゴム鋳型が、ゴムからなるゴム層を有するため、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）ゴム層形成用凹部を有する剛体基板のゴム層形成用凹部に、光導波路コア凸部に対応する凹部を有するゴム鋳型形成用硬化性樹脂からなるゴム層が埋設されてなる複合積層構造の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コア原盤を用いて行うことが好ましいが、これに限定されるものではない。以下では、コア原盤を用いる方法について説明する。
＜コア原盤の作製＞
光導波路コアに対応する凸部を形成したコア原盤の作製には、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、コア原盤を作製するのに適用することができる。コア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５〜５００μｍ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、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、前述のように、ゴム層形成用凹部を有する剛体基板と、該ゴム層形成用凹部に、光導波路コア凸部に対応する凹部を有するゴム鋳型形成用硬化性樹脂からなるゴム層が埋設されてなる複合積層構造をなす。このようなゴム鋳型は、剛体基板のゴム層形成用凹部にゴム鋳型形成用硬化性樹脂を塗布したり、注入したりして、必要に応じ加熱処理等の硬化処理をして該ゴム鋳型形成用硬化性樹脂を硬化させ、次いで、一体化した剛体基板とゴム層とを原盤から剥離して作製される。
前述の通り、剛体基板はゴム層形成用凹部を有し、このゴム層形成用凹部にゴム層が形成される。換言すると、剛体基板をコア原盤に密着させたとき、剛体基板とコア原盤とコア用凸部とで空間が生じ、この空間にゴム鋳型形成用硬化性樹脂を充填し該樹脂を硬化してゴム層を形成する。また、ゴム層形成用凹部には、ゴム層の光導波路コア凸部に対応する凹部と略相似形状の溝部が形成されることが好ましい。溝部は、ゴム層に形成する凹部に対応させて形成する（図１（Ｂ）参照）。溝部は、ゴム層の凹部の溝深さ及び幅よりも１μｍ〜３ｍｍ大きいことが好ましく、０．０３〜１．０ｍｍ大きいことがより好ましい。そして、この場合、剛体基板の厚みの最大値は０．０５〜４０ｍｍであることが好ましく、０．１〜１０ｍｍであることがより好ましい。溝部のサイズと剛体基板の厚みを前記範囲内とすることにより、本発明の効果をより好適に発揮することができる。
前記剛体基板を構成する材料としては、フィルム基材、セラミック樹脂複合基材、セラッミック基材、シリコンウエハー基材、樹脂基材、ガラス基材等が挙げられ、中でも特に、透明性の高い、石英基材、高平滑性フィルム基材、耐熱フィルム基材、珪素化合物基材、アクリル樹脂基材が好ましい。
また、ゴム鋳型形成用硬化性樹脂として光硬化型のものを用いる場合、該樹脂を硬化させるために、剛体基板は、該ゴム鋳型形成用硬化性樹脂の光硬化用の波長光を透過する材料とする必要がある。
コア形成用硬化性樹脂として光硬化型のものを用いる場合、該樹脂を硬化させるために、剛体基板とゴム層は光硬化用の波長光を透過する材料とする必要がある。具体的には、コア形成用硬化性樹脂を光硬化させる波長の光に対する透過率が４０％／ｍｍ以上であることが好ましく、７０％／ｍｍ以上であることがより好ましい。
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口、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口が形成されるが、その形成方法は特に制限はない。原盤に予め進入口や排出口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、原盤に鋳型形成用硬化性ゴム液により鋳型用ゴム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口及び排出口を形成する方法が挙げられる。ゴム材はコアの成形原盤により形成されるゴム材はゴム硬度１０から３５で柔らかい特性のゴム材を用いることで、柔らかいゴム弾性によりコア部形成後の剥離の成型特性を上げ、精密なコア形成能力を付与させていく。特に成形物の高表面平滑性はゴム硬度の低いゴムと表面エネルギーの低いゴム材料により可能となり、ゴム層は、高精度で、コア材の注入時の振動や圧力変化に対して成形精度を維持させる為に、剛性の高い凹部強化材料がゴム厚に対して比較的薄く形状変形や振動に対しても耐久性を有するゴム厚みの適正値を選択できる。
また、ゴム鋳型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。進入口側の貫通孔は液（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の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。
前記ゴム層の層厚は、鋳型としての取り扱い性を考慮して適宜決められるが、一般的に全層の層厚の最大値は１０μｍ〜５０ｍｍ程度である。この厚みとゴム硬度(弾性)により、剥離時の変形剥離性を適正にでき、コア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、ゴム鋳型形成用硬化性樹脂のゴム硬度、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、簡単に部分的に光導波路コアを形成させることが可能である。
また、前記コア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。しかしそれは、表面の成形性を低下させる。
ゴム鋳型形成用硬化性樹脂としては、その硬化物がコア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、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もできる。
ゴム鋳型形成用硬化性樹脂は、コア原盤の表面に塗布や注型等することが可能で、また、コア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、たとえば、５００〜７０００ｍＰａ・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、溶剤の悪影響が出ない程度に加えることもできる。
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）又はシリコーン樹脂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、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もできる。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、１００〜７０００ｍＰａ・ｓ程度のものが好ましく、さらには、１０００〜４０００ｍＰａ・ｓ程度のものがより好ましい。５００ｍＰａ・ｓ以下では注入効率が良過ぎ、クラッド付き基板とゴム鋳型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、注入速度が上がらず、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最外層の表面の表面エネルギーは、１００μＮ／ｃｍ〜３５０μＮ／ｃｍ、好ましくは１５０μＮ／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浸透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ることがあり、３５０μＮ／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性のダメージが生じることがある。
ゴム鋳型のゴム層のシェア（Ｓｈａｒｅ）ゴム硬度は１０〜４０であることが好ましく、１５〜３０であることがより好ましい。最外層以外の層（ゴム層）のシェア（Ｓｈａｒｅ）ゴム硬度は４５〜１２０であることが好ましく、７０〜１１０でであることがより好ましい。シェア（Ｓｈａｒｅ）ゴム硬度を当該範囲内とすることで、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。１０未満では、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、１２０を超えるとゴム鋳型からの型剥離時に適正な弾性が得られないために成形物の表面のダメージが生じることがある。
ゴム鋳型のゴム層の表面粗さ（二乗平均粗さ（ＲＭＳ））は、０．５μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以下、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。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、ゴム鋳型のゴム層のゴム鋳型形成用硬化性樹脂は、紫外領域及び／又は可視領域において５０％／ｍｍ以上の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。ゴム鋳型のゴム鋳型形成用硬化性樹脂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が観察でき、充填完了等が容易に確認し得るからである。また、ゴム鋳型が紫外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、紫外領域（３５０ｎｍ〜４００ｎｍ）における透過率が５０％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コア原盤を写し取り、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。したがって、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、前記ゴム鋳型のゴム層がゴム弾性を有するため、ゴム層の一部すなわちコア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および注入時のコア材注入圧力変化の対応性が向上する。
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、その基材はシリコンウエハー基材、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。また屈折率が適正な基材の場合はそのままで良いが、屈折率制御を必要する物は、前記基材に全面または部分的に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０．０５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、より好ましくは６０ｎｍ以下で平滑性を有し、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余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、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）等が用いられる。
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。
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。
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。
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フィルムを密着させ、凹部の進入口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、凹部の排出口を減圧吸引したり、あるいは加圧充填と減圧吸引の両方を行うなどしたりして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、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。
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が好ましく用いられる。
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を助けたり、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、ゴム鋳型とフィルム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。前記硬化性樹脂の粘度は、５０ｍＰａ・ｓ〜２０００ｍＰａ・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、ゴム鋳型と基板の不要な隙間に入り込み、成形性を損ねる事があり、また２０００ｍＰａ・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、コア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必要である。例えば、体積が減少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％の範囲にあることが望ましい。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からの剥離効率が下がり、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。
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０．０５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、ゴム鋳型の進入口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。
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ともある。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以内、好ましくは０．０５以内、更に好ましくは０．００１以内、最も好ましくは差がないことが光の閉じ込めの点からみて好ましい。
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）の工程において、前記剛体基板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、セラミック樹脂複合材料等で作られ、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態様について図５〜図８を用いて説明する。いずれの態様においても、
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はゴム鋳型のゴム層であり、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ゴム層に、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。
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て、現像し、断面が正方形の凸部（幅：５０μｍ、高さ：５０μｍ、ピッチ５００μｍ、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、コア原盤を作製した。
続いて、紫外線照射部分に対応する開口部が設けられ、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、２ｍｍ厚の石英製透過性剛体基板に、前記コア原盤の凸部と同じピッチで、略相似形状の溝部（幅：１００μｍ、高さ：１００μｍ、ピッチ５００μｍ、長さ：５０ｍｍ、５本）を含むゴム層形成用凹部を、フォトリソ工程とフッ酸エッチング工程により作製し、強化部材と一体化させた。この強化部材をコア原盤にかぶせた。
次いで、強化部材の開口部から、ゴム鋳型形成用硬化性樹脂として、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１０００ｍＰａ・ｓ）及びその硬化剤を混合したものを流し込み（この際、コア原盤凸部の末端部は前記ゴムで覆われないようにした）、１３０℃で２０分間加熱して硬化させた。この時のゴム材の物性は、シェア（Ｓｈａｒｅ）ゴム硬度：１５、表面エネルギー：１８０μＮ／ｃｍ、平均ゴム厚：４９μｍであった。
硬化後、ゴム層と、透過性剛体基板と、強化部材とが一体になったものをコア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口及び該樹脂を凹部から排出用の排出口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、塩化鉄を主成分とするエッチング液で銅及びクロム層を除去し、次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上の電子回路を有しないフィルム基材の非形成面に加圧密着させた。また、電子回路がな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、ゴム鋳型の排出口では、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１．５４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、５０ｍＷ／ｃｍ2のＵＶ光を１０分間照射して紫外線硬化させた（硬化後の膜厚２０μｍ）。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、０．１２ｄＢ／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。
［比較例１］
アートンフィルムを用いてシェア（Ｓｈａｒｅ）ゴム硬度８０の均一ゴム材からなるゴム鋳型を用い、実施例１と同様にして光導波路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、５．３ｄＢ／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。
［実施例２］
＜ゴム鋳型の作製＞
シリコンウエハー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：１００μｍ、高さ：１００μｍ、ピッチ：１ｍｍ、長さ：１００ｍｍ）を１０本形成し、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、それぞれモールドにより、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、そしてコア原盤とした。
次に、アルミ製の強化部材を作製し、露光用開口部は石英ガラス板を配設し、２ｍｍ厚のアクリル製透過性剛体基板に、前記コア原盤の凸部と同じピッチで、略相似形状の溝部（幅：２５０μｍ、高さ：２５０μｍ、ピッチ１ｍｍ、長さ：１００ｍｍ、１０本）を含むゴム層形成用凹部を、フォトリソ工程とエッチング工程により作製し、強化部材と一体化させた。
次いで、コア原盤の凸部側の面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。この上から前記剛体基板と一体化した強化部材を押圧し固定した。その後、１３５℃で１８分間加熱して硬化させ、ゴム層と剛体基板と強化部材とを一体化させた。ゴム層の厚さは５ｍｍであった。次いでこれをコア原盤から剥離しゴム鋳型を得た。ゴム鋳型のゴム層には、８０μｍ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。ゴム層のシェア（Ｓｈａｒｅ）ゴム硬度は１７であった。
＜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）を圧力減圧注入した。
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８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１．５５のコアが形成された。
次にアートンフイルムコア形成面に、硬化後の屈折率がフイルムと同じ１．５１である熱硬化性樹脂（ＪＳＲ（株）製全面）に塗布した後、加熱硬化させ、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０．１３ｄＢ／ｃｍであった。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。
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。 ゴム鋳型のゴム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 コア原盤
１２ 光導波路コアに対応する凸部
２０ａ 剛体基板
２０ｂ ゴム層形成用凹部
２０ｃ 溝部
２１ 空隙部
２２ ゴム鋳型凹部
２２ａ 空隙部（コア形成用硬化性樹脂の進入部）
２２ｂ 空隙部（コア形成用硬化性樹脂の排出部）
２３ ゴム層
２４ 強化部材
２４ｂ 注入口
２４ｃ 排出部
２６ａ ２６ｂ 注入管
２８ａ ２８ｂ 減圧脱気管
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）ゴム層形成用凹部を有する剛体基板のゴム層形成用凹部に、光導波路コア凸部に対応する凹部を有するゴム鋳型形成用硬化性樹脂からなるゴム層が埋設されてなる複合積層構造のゴム鋳型を準備する工程、２）ゴム鋳型にクラッド用基材に密着させる工程、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光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、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. 前記剛体基板のゴム層形成用凹部に、前記ゴム層の凹部と略相似形状であって、該ゴム層の凹部の溝深さ及び幅よりも１μｍ〜３ｍｍ大きい溝部を含み、かつ前記剛体基板の厚みの最大値が０．０５〜４０ｍｍ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。
  3. 前記コア形成用硬化性樹脂が光硬化型であって、前記剛体基板と前記ゴム層とが該コア形成用硬化性樹脂を光硬化させる波長の光を透過する材料からな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. 前記剛体基板及び前記ゴム層の、前記コア形成用硬化性樹脂を光硬化させる波長の光に対する透過率が５０％／ｍｍ以上であ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. 前記ゴム鋳型が、前記剛体基板を補強する強化部材を有し、該強化部材に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から４のいずれか１項に記載の高分子光導波路の製造方法。
  6. 前記強化部材が、金属材料、セラミック材料、樹脂層設定基板、又はプラスチック材料からなることを特徴とする請求項５に記載の高分子光導波路の製造方法。
  7. 前記コア用硬化樹脂層が、凹部両端部における進入部及び／又は排出部に連通する部分に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. 前記ゴム鋳型形成用硬化性樹脂が、シリコーン系ゴム材であ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られてい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３）の工程における充填に際し、前記ゴム鋳型の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９のいずれか１項に記載の高分子光導波路の製造方法。
  11. 前記減圧吸引と同期して、前記ゴム鋳型の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／又は減圧吸引を静圧力で行なうことを特徴とする請求項１０または１１に記載の高分子光導波路の製造方法。
  13. 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１０または１１に記載の高分子光導波路の製造方法。
  14. 前記ゴム層の層厚の最大値が、５μｍ〜５ｍｍ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、１０〜４５の範囲に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. 前記ゴム層の表面エネルギーが、１０μＮ／ｃｍ〜３５０μＮ／ｃｍ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. 前記ゴム層のコア形成用硬化樹脂と接する面の表面粗さが、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. 前記ゴム層の、前記コア形成用硬化性樹脂を光硬化させる波長の光に対する透過率が５０％/ｍｍ以上であ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. 前記コア形成用硬化性樹脂の硬化前粘度が５０ｍＰａ・ｓ〜２０００ｍＰａ・ｓ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. 前記クラッド用基材の屈折率と、前記コア形成用硬化性樹脂の屈折率との差が０．０１以上あることを特徴とする請求項１から２０のいずれか１項に記載の高分子光導波路の製造方法。
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