JP2006126568A - 高分子光導波路デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易かつ高精度に光学素子を光導波路の挿入した低光損失で高密度の高分子光導波路デバイスの製造方法を提供することである。
【解決手段】 少なくとも、１）鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層からなり光導波路のコア部に対応する凹部が形成された鋳型を準備する工程、２）該鋳型をクラッド基材に密着させる工程、３）該クラッド基材に密着させた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）硬化したコア部の導波方向の中間部に該コア部を切断するように光学素子設置用の空間または溝を作製する工程、６）該空間または溝の所定の位置に光学素子を挿入し位置決めする工程及び７）該光学素子の光路部とコア部とを光接合する工程を含むことを特徴とする高分子光導波路デバイスの製造方法である。
【選択図】 なし

Description

本発明は、光学素子を実装した高分子光導波路デバイス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、コア部となる部分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）等を応用したものが提案されている。

しかし、（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）の方法はコア部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、導波路の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にくい。

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、減圧してコア用のモノマー（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（例えば、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。

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（例えば、非特許文献１参照）。これに関しては、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（例えば、特許文献２参照）。

さらに、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（例えば、非特許文献２参照）。
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。

本発明者等は既に、前記マイクロモールド法における種々の問題点を改良し、フレキシブルなフィルム基材とクラッド基材と兼ねさせ、該フイルム基材に高分子光導波路を形成する方法を提案した（例えば、特許文献３、４参照）。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と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、特許文献５〜７参照）。

前記特許文献５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６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５及び６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７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、本発明者等は、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（例えば、特許文献８参照）。

しかし、前記光配線素子や光電子集積回路を低コストで、容易に作製するためには、さらに、作製した光導波路の途中に高精度に低損失で光学素子を挿入した光導波路デバイスの作製技術が必要である。この点に関しては、従来の無機系の光導波路では光学素子の挿入により光損失が大きくなるなど問題が多かった。
特許第３１５１３６４号明細書 米国特許第６３５５１９８号明細書 特開２００４−２２６９４１号公報 特開２００４−８６１４４号公報 特開２０００−３９５３０号公報 特開２０００−３９５３１号公報 特開２０００−２３５１２７号公報 特開２００４−２９５０７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、簡易かつ高精度に光学素子を光導波路の挿入した低光損失で高密度の高分子光導波路デバイスの製造方法を提供することにある。

前記課題は、以下の光学素子実装した高分子光導波路デバイスの製造方法を提供することにより解決される。
すなわち本発明は、
＜１＞ 少なくとも、１）鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層からなり光導波路のコア部に対応する凹部が形成された鋳型を準備する工程、２）該鋳型をクラッド基材に密着させる工程、３）該クラッド基材に密着させた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）硬化したコア部の導波方向の中間部に該コア部を切断するように光学素子設置用の空間または溝を作製する工程、６）該空間または溝の所定の位置に光学素子を挿入し位置決めする工程及び７）該光学素子の光路部とコア部とを光接合する工程を含むことを特徴とする高分子光導波路デバイスの製造方法である。

＜２＞ 前記空間または溝を作製する工程において、設置される光学素子の導波方向の長さより３μｍ〜５ｍｍ長い導波方向の長さを有する空間または溝を作製することを特徴とする＜１＞に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。

＜３＞ 前記空間または溝を形成する工程において、ウェハー切断用のダイサー装置を用いて空間または溝を作製することを特徴とする＜１＞に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。

＜４＞ 前記空間または溝を作製する工程においてクラッド基材まで貫通するように空間または溝を形成した後、該空間または溝に光学素子を挿入する前に、さらに該クラッド基材のコア部が形成された面と反対側の面に、表面の算術平均粗さＲａが２０ｎｍ〜２μｍの範囲の剛体基板を下地材として接着する工程を含むことを特徴とする＜１＞に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。

＜５＞ 前記光学素子を挿入し位置決めする工程において、作製された空間または溝に対し光学素子を挿入した後、光学素子の光路部と切断されたコア部端面との最大空隙幅が０．４ｍｍ以下となるように光学素子を位置決めすることを特徴とする＜１＞に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。

＜６＞ 前記光接合する工程が、前記空間または溝に光学素子を位置決めした後、該光学素子を固定する処理工程であることを特徴とする＜１＞に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。

＜７＞ 前記光学素子を固定する処理工程が、光学素子とコア部との間隙に、コア部との屈折率差が±０．２以内の屈折率を有する光学接着剤を充填し、次いで該光学接着剤を固体化させることにより光学素子を固定する工程であることを特徴とする＜６＞に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。

＜８＞ 前記光学接着剤が、コア部との屈折率差が±０．１以内であり、かつ使用光線波長域での光透過率が９０％／ｍｍ以上の光学接着剤であることを特徴とする＜７＞に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。

＜９＞ 前記光学素子として、光学フィルター、光学レンズ、光学ミラー、光学スイッチ、発光素子及び受光素子のうちのいずれか１以上を用いることを特徴とする＜１＞に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。

＜１０＞ 前記光学素子の前記空間または溝の深さ方向の厚さが、５μｍ〜１ｍｍの範囲であることを特徴とする＜１＞に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。

＜１１＞ 前記光学素子を挿入し位置決めする工程において、前記光学素子としての波長選択性光学フィルターがコア部の導波方向と５５度±３５度以内の進入角度となるように挿入され位置決めされることを特徴とする＜１＞に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。

＜１２＞ さらに、前記波長選択性光学フィルターの反射光を導く反射光用コア部を、前記光学波長選択性フィルター面に対し前記進入角度の±１０度以内となるように形成し、光接合する工程を含むこと特徴とする＜１１＞に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。

＜１３＞ 前記硬化樹脂層を、シリコーン系ゴムとすることを特徴とする＜１＞に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。

＜１４＞ 前記硬化樹脂層の厚さを、５μｍ〜５ｍｍの範囲とすることを特徴とする＜１＞に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。

＜１５＞ 前記硬化樹脂層のショアＡ硬度を、１０〜５０の範囲とすることを特徴とする＜１＞に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法。

＜１６＞ 前記硬化樹脂層の表面エネルギーを、７〜３０ｍＮ／ｍの範囲とすることを特徴とする＜１＞に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。

＜１７＞ 前記硬化樹脂層における凹部の算術平均粗さＲａを、０．０１〜０．１μｍの範囲とすることを特徴とする＜１＞に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。

＜１８＞ 前記クラッド基材の基材として、セラミック基材、ガラス基材、フィルム基材及びシリコンウェハーのうちのいずれかを用いることを特徴とする＜１＞に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。

＜１９＞ 前記鋳型としての硬化樹脂層に進入口及び排出口が設けられ、前記鋳型が、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一体となってクラッド基材に密着されることを特徴とする＜１＞に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。

＜２０＞ 前記強化部材が、金属材料、セラミック材料及びプラスチック材料のうちのいずれかからなることを特徴とする＜１９＞に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。

＜２１＞ 前記コア形成用硬化性樹脂を充填する工程において、前記鋳型の凹部の進入口からコア形成用硬化性樹脂の加圧充填を行うとともに、鋳型の凹部の排出口から減圧吸引することを特徴とする＜１＞に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。

本発明で製造される高分子光導波路デバイスにおいては、あらかじめクラッド基材上に高分子光導波路を形成することもあり、高精度の光導波路中に事前に形成された光学素子挿入部分（空間、溝）に光学素子を挿入し、導波路基板上の導波路（コア部）と光学素子との光路を所定の光学接着剤を注入することで光接合させるため、高機能な光回路基板を簡単に作製することができる。また、さらにその光回路基板上には各電子デバイスも近接して設けることも可能であり、低光損失で高密度に光学素子と電子素子とが混載した光電混載型回路基板が容易に作製できる。

特に、鋳型となる硬化樹脂層の特性（硬度、材質、厚み、表面エネルギー、表面平滑性等）を一定範囲とすることで、容易に高品質導波路を低コストで達成することができ、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、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、導波損失も小さな光学特性も達成できる。更に、各種光学素子の自由で簡易な実装が可能であるため、高機能な光回路基板の基本形が高精度に得られる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の高分子光導波路デバイスの製造方法は、少なくとも以下の１）から７）の工程を含むことを特徴とする。
１）鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層からなり光導波路のコア部に対応する凹部が形成された硬化樹脂層を有する鋳型を準備する工程。
２）該鋳型をクラッド基材に密着させる工程。
３）該クラッド基材に密着させた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）硬化したコア部の導波方向の中間部に該コア部を切断するように光学素子設置用の空間または溝を作製する工程。
６）該空間または溝の所定の位置に光学素子を挿入し位置決めする工程。
７）該光学素子の光路部とコア部とを光接合する工程。

本発明の高分子光導波路デバイスの製造方法は、上記各工程を少なくとも含んでいればよく、これ以外の工程を含んでいてもよい。以下に、本発明の高分子光導波路デバイスの製造工程について１つの態様を説明する。

まず、本発明における高分子光導波路を作製する工程を図１〜図３を用いて簡単に説明する。図１（Ａ）〜（Ｇ）は、高分子光導波路の製造の各工程を表す概念図であり、図２は、鋳型を該鋳型より一回り大きい面積のクラッド基材に密着させた状態を示す斜視図である。

図１（Ａ）は、光導波路のコア部に対応する凸部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、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、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、鋳型２０を作製する（図１（Ｃ）参照）。

このようにして作製した鋳型２０に、例えば電子回路を構成する導電層パターン３１が形成された鋳型より一回り大きい面積の、クラッド基材（下部クラッド層）３０を密着させる（図１（Ｄ）及び図２参照）。図１（Ｄ）は、鋳型とクラッド用基材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、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、毛細管現象により鋳型の凹部２２に該樹脂を充填する。このとき、凹部２２の他の端部にある排出部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）は鋳型の凹部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、鋳型凹部内のコア形成用硬化性樹脂を硬化させ、鋳型を剥離する。図１（Ｆ）は、クラッド基材の上に光導波路のコア部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、クラッド基材のコア部形成面に、上部クラッド層５０を形成することにより、本発明における高分子光導波路を有する導波路基板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にコア部が形成されたフィルム基材（クラッド基材）の上に、上部クラッド層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）〜（Ｆ）までは、図１（Ａ）〜（Ｆ）で示される工程と共通で、原盤からスタートして、クラッド基材の上にコア部を形成するまでを示す。図３（Ｇ）は、フィルム基材のコア部形成面に接着剤層を用いて上部クラッド層（クラッドフィルム）を貼り合わせる工程により得られた高分子光導波路シート６０を、コア長手方向に直角に切断した切断面を示す。

なお、上記各例は鋳型を用いてコア部を形成した後に、鋳型を剥離して上部クラッド層を設けているが、本発明においては、鋳型の材質によっては後述するように前記鋳型を剥離せず、鋳型をそのまま上部クラッド層として用いることができる。

以下、本発明の高分子光導波路デバイスの製造方法を工程順に説明する。
＜鋳型を準備する工程＞
鋳型の作製は、前記のように光導波路のコア部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、これに限定されるものではない。以下では、原盤を用いる方法を説明する。

光導波路のコア部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、本発明者等が先に提案した電着法または光電着法により高分子光導波路を作製する方法（特開２００２−３３３５３８号公報）も、原盤を作製するのに適用できる。原盤に形成されるコア部に対応する凸部の大きさ（前記図１における断面の１辺長）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４０〜１５０μｍ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。

鋳型となる硬化樹脂層は、前記のようにして作製した原盤のコア部に対応する凸部が形成された面に、鋳型形成用硬化性樹脂を塗布したり注型したりして、また必要に応じ乾燥処理をした後、該樹脂を硬化させ、次いでその硬化樹脂層を剥離して作製される。また、この硬化樹脂層には、前記凹部にコア形成用硬化性樹脂を充填するための進入部、及び前記凹部から前記硬化性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、原盤に鋳型形成用硬化性樹脂の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、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の注入管に連結して該樹脂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。
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することもある。

前記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、クラッド用基材との密着性が良好なことが好ましい。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。

鋳型形成用硬化性樹脂の未硬化状態では、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のコア部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、ある適正の粘度、たとえば、５００〜７０００ｍＰａ・ｓの範囲程度を有することが好ましい。（なお、本発明において用いる「鋳型形成用硬化性樹脂」の中には、硬化後、弾性を有するゴム状体となるものも含まれる。）また、粘度調節のために溶剤を他の部材に悪影響が出ない程度に加えることもある。

前記鋳型形成用硬化性樹脂としては、前記のような剥離性、機械強度・寸法安定性、硬度、クラッド基材との密着性の点から、シリコーンゴム（シリコーンエラストマー）また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、硬化後ゴム状態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、これから作った鋳型としての硬化樹脂層は、クラッド基材から剥離させずに、そのまま上部クラッド層として利用することができる。この場合には、硬化樹脂層と、充填したコア形成用樹脂及びクラッド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、光導波路のコア部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、数ミリの厚さの鋳型形成の点から、５００〜７０００ｍＰａ・ｓの範囲程度のものが好ましく、さらには、２０００〜５０００ｍＰａ・ｓの範囲程度のものがより好ましい。５００ｍＰａ・ｓ未満では注入効率が良過ぎ、クラッド基材と鋳型の硬化樹脂層との界面に侵入し、形状精度の劣化が見られることがある。また、７０００ｍＰａ・ｓを超えると注入補助手段を尽くしても、注入速度が上がらず、型取り精度に支障をきたし、生産性が低下する場合がある。

鋳型となる硬化樹脂層の硬度は、ショアＡ硬度で１０〜５０の範囲が好ましい。このような柔らかいゴム状特性の硬化樹脂層を用いることで、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ることができる。なお、硬化樹脂層の厚さとしては、高精度で、コア形成用硬化性樹脂の注入時の振動や圧力変化に対して成形精度を維持できるような適正値を選択できる。

上記硬化樹脂層の硬度は、好ましくはショアＡ硬度で１５〜３０の範囲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。ショアＡ硬度が１０未満では、型精度が低下し、形状の再現性に問題を生じ、５０を超えると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のダメージが生じることがある。

上記硬化樹脂層の硬度（ショアＡ硬度）は、デュロメーターを用いてＪＩＳ Ｋ ６２５３にしたがって測定することができる。

また、鋳型となる硬化樹脂層の表面エネルギーは、７〜３０ｍＮ／ｍの範囲が好ましく、１２〜２１ｍＮ／ｍの範囲がより好ましい。表面エネルギーが上記範囲にあることが、クラッド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。７ｍＮ／ｍに満たないと、コア形成用硬化性樹脂の微細口（進入部）への浸透速度が遅くなり製造性に問題を生じる場合がある。３０ｍＮ／ｍを超えると、硬化成形物の表面において鋳型剥離時に表面の接着によるダメージが生じ、表面平滑性の大幅な低下を生じることがある。

本発明において、上記表面エネルギーはＺｉｓｍａｎ法による臨界表面張力を算出する手法により測定される。
前記臨界表面張力は、具体的には以下のようにして求めることができる。まず、表面張力が既知のｎ−アルカン族液体を数種類（表面張力が２０〜４０ｍＮ／ｍの範囲程度のもの、測定する固体によりａ）ファンデルワールス力のみを持つ液体、ｂ）極性成分をもつ液体、ｃ）水素結合成分をもつ液体を選択する）用意し、２０℃の環境下でこれらを注射器で液滴としたものを、固体表面（硬化樹脂層表面）に滴下し、各々の液滴の固体表面に対する接触角θを接触角計（例えば自動接触角計ＣＡ−Ｚ、協和界面科学社製）により測定する。

次に、上記接触角値θのｃｏｓθ値を、前記各々の液体の表面張力に対しプロットし（Ｚｉｓｍａｎプロット）、該プロットの外挿線がｃｏｓθ＝１．０のラインと交わる点の表面張力値を臨界表面張力（表面エネルギー）とした。

さらに、鋳型となる硬化樹脂層の凹部の算術平均粗さＲａは、１０ｎｍ〜０．１μｍの範囲とすることが好ましく、より好ましくは２０ｎｍ〜０．０５μｍの範囲である。凹部の表面粗さを上記範囲にすることにより、形成されたコア部の光導波特性において光損失を大幅に低減できる。すなわち鋳型により成形されるコア部の表面粗さは、使用する光の波長の５分の１以下であれば光の漏れを十分抑制でき、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。

なお、本発明において上記算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ０６５９の付属書１の記述に順じて表されるものである。

前記鋳型となる硬化樹脂層の厚さは、鋳型としての取り扱い性を考慮して適宜決められるが、硬化樹脂層の厚さは５μｍ〜５ｍｍの範囲が好ましく、より好ましくは３０μｍ〜７００μｍの範囲である。この硬化樹脂層の厚さと、硬化樹脂層の硬度（弾性）及び表面エネルギーとを前記のような好ましい範囲とすることにより、剥離時の硬化樹脂層の変形剥離性を適正にすることができ、硬化後のコア部からの界面破壊を抑制させ、コア部の表面平滑性を維持することができる。具体的には、硬化樹脂層の厚さ、硬度及び表面エネルギーを前記範囲とすることにより、コア部表面の平滑性として算術平均粗さＲａで１００ｎｍ以下、より適正化を計れば４０ｎｍ以下が達成できる。

以上のように、鋳型となる硬化樹脂層の硬度（ゴム弾性）、厚み及び表面エネルギー値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、近接して電子デバイスや電子回路が存在するような基板上でも、簡単に部分的に光導波路を形成させることが可能な作製工程になっている。そして、このように低光損失で高密度の高分子光導波路を作製することが、後述する光学素子を挿入した高分子光導波路デバイスの製造においても、簡易操作法や少ない工程数で光回路と電子回路との融合基板が得られる点で有効となる。

また、鋳型となる硬化樹脂層は、紫外光領域及び／または可視領域において５０％／ｍｍ以上の光透過性を有することが好ましく、８０％／ｍｍ以上の光透過性を有することがより好ましい。特に波長３６５ｎｍの光に対しては５０％／ｍｍ以上の光透過性を有することが好ましい。可視領域における光透過性が５０％／ｍｍ以上であることが好ましいのは、後述する鋳型をクラッド基材に密着させる工程において、位置決めが容易に行え、また、続くコア形成用硬化性樹脂を充填させる工程においてコア形成用硬化性樹脂が鋳型の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、紫外領域における光透過性が５０％／ｍｍ以上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、硬化樹脂層を透して紫外線硬化を効率的に行うことができるためである。

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鋳型としての硬化樹脂層は高精度に原盤を写し取り、クラッド基材に良く密着するため、鋳型とクラッド基材と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、さらにクラッド基材と鋳型との剥離も容易である。したがって、この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、前記硬化樹脂層、とりわけ硬化樹脂層がゴム弾性を有する場合、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、鋳型のハンドリング性およびコア形成用樹脂注入時の、鋳型の伸縮変化に対する力学的部分的ストレスの対応性が向上する。

＜鋳型をクラッド基材に密着させる工程＞
本発明において用いるクラッド基材はシリコン基板または電子回路基板などであり、その基材としては、シリコンウェハー、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クラッド基材として用いるが、屈折率制御を必要するものは、前記クラッド基材に全面または部分的にクラッド層として樹脂コートや無機材料をＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で着膜したものも用いられる。なお本発明においては、上記クラッド層を設けた基材もクラッド基材という。

本発明におけるクラッド基材（前記クラッド層を設ける場合にはクラッド層）の屈折率は、１．５５より小さいことが好ましく、１．４９より小さいことがより好ましい。特に、コア部の屈折率より０．０１以上小さいことが必要である。これは、幹線系光ファイバーのコア材の屈折率が１.４７より大きいことに起因する。
なお、上記各基材や層の屈折率は、エリプソ屈折率計を用いて測定される（他のコア部等の屈折率の測定も同様である）。

また、クラッド基材の特性としては、平滑性において表面の算術平均粗さＲａが０．１μｍ以下で、鋳型（硬化樹脂層）との密着性に優れ、両者を密着させた場合、鋳型の凹部以外に空隙が生じないものが好ましい。また、クラッド基材が鋳型及び／またはコア部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、鋳型等との密着性を改善することが好ましい。

クラッド基材としては、前記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、表面平滑性、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。

前記フィルム基材の材料としては、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、シリコーン樹脂、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、前記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・クラッド間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高分子光導波路の作製に適している。

前記フィルム基材の屈折率は、クラッド的機能が必要とされる場合もあるため、コアとの屈折率差を確保する上で、１．５５より小さいことが好ましく、１．５１より小さくすることがより好ましい。
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０．０３ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲程度が好ましい。

また、用いるフィルム基材表面の平滑性は、算術平均粗さＲａで１０μｍ以下が好ましく、より好ましくは１μｍ以下、更に好ましくは０．１μｍ以下である。フィルム基材表面の平滑性が、Ｒａで１０μｍを超えると、形成するコア部の形状成形精度が低下し、光の伝播損失が大きくなるため使用が難しい場合がある。アンダーコート層を設ける場合でもフィルム基材表面の平滑性が、Ｒａで１０μｍを超えるとアンダーコート層に被膜特性や平滑性に大きな問題を生じることが多い。すなわち、フィルム基材を用いる場合でも、最終的にクラッド基材とする場合には、前記のように表面の算術平均粗さＲａを０．１μｍ以下とすることが好ましい。

前記電子回路基板は、クラッド基材のコア部非形成部に、全面又は部分的に導電性層を塗布法、ＰＶＤ法、箔の接着法等により形成し、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して作製される。前記導電性層としては、クロム、銅、アルミニウム、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、錫等の金属またはそれらの金属を含む合金等の１層または複合薄膜層、導電性金属化合物の層、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ために、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、アルミニウム、モリブデン、ニッケル及びその合金類により形成されることが特に好ましい。
前記導電性層の膜厚は０．０５〜３０μｍの範囲程度が適切である。より好ましくは０．２〜２μｍの範囲程度が適切である。また、電子回路用の導電性層は、クラッド基材のコア部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。

＜クラッド基材を密着させた鋳型の凹部にコア形成用硬化性樹脂を充填する工程＞
鋳型の凹部にコア形成用硬化性樹脂を充填するには、鋳型に鋳型より一回り大きいサイズのクラッド基材を密着させ、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、凹部の進入口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、あるいは該加圧充填と減圧吸引と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したりする等を行うことができる。

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、前記加圧充填において圧力を段階的に増加させ、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、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。

なお、前記減圧吸引における減圧は、常圧に対して−０．１〜−１００ｋＰａの範囲が好ましく、−１〜−５０ｋＰａの範囲がより好ましい。

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及び熱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または熱硬化性樹脂としては、紫外線硬化性また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と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。
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、鋳型とクラッド基材との間に形成された空隙（鋳型の凹部）に充填させること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未硬化時の粘度は、好ましくは５０ｍＰａ・ｓ〜２０００ｍＰａ・ｓの範囲、より好ましく１００ｍＰａ・ｓ〜１０００ｍＰａ・ｓの範囲、更に好ましくは３００ｍＰａ・ｓ〜７００ｍＰａ・ｓの範囲にするのが、充填速度、コア形状の良さ及び光損失の少なさの点から望ましい。５０ｍＰａ・ｓ未満では、コア形成用硬化性樹脂が鋳型とクラッド基板との不要な隙間に入り込み、成形性や形状ばらつきを生じ特性を損ねることがあり、また２０００ｍＰａ・ｓを超えると浸透速度が極端に遅くなり、生産性が低下する場合がある。

この他に、原盤に形成された光導波路のコア部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、前記硬化性樹脂としては体積変化ができるだけ小さいものが望ましく、好ましくは１０％以下、より好ましくは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。ただし、体積変化が０．０１％未満もしくは体積膨張する材料系は鋳型からの剥離効率が下がり、鋳型からの剥離時にコア部表面の破断等の表面劣化が生じるため、表面の平滑性が低下し、光導波損失が上昇するため好ましくない。

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、かつ該硬化性樹脂の屈折率、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、好ましくは１．２０〜１．６０の範囲、より好ましくは１．４〜１．６の範囲であり、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、クラッド基材（前記クラッド層を有する場合にはクラッド層）より大きいことが必要である。コア部とクラッド基材との屈折率の差は、好ましくは０．０１以上、より好ましくは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鋳型の凹部への充填を促進するために、系全体を減圧（常圧に対して−０．１〜−２００Ｐａの範囲程度）することが望ましい。
また、前記充填をより促進するため、前記系の減圧に加えて、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。さらに、注入に際し、充填をより加速させるため、減圧量より小さい加圧手段も有効となる。

＜充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させる工程＞
本工程では、充填したコア形成用硬化性樹脂を種々の手段により硬化させる。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の硬化を加速させる手段も有効である。

＜その他の工程＞
本発明においては、後述する光学素子の挿入等の前に、必要により以下のような工程を設けることができる。
（鋳型をクラッド基材から剥離する工程）
本工程は、コア形成用硬化性樹脂を硬化させる工程の後、鋳型をクラッド基材から剥離する工程である。なお前述のように、前記各工程で用いる鋳型としての硬化樹脂層は、屈折率等の条件を満たせばそのまま上部クラッド層として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上部クラッド層として利用する。この場合、鋳型とコア部の接着性を向上させるために鋳型をオゾン処理することが好ましい。

（コア部が形成されたクラッド基材上に上部クラッド層を形成する工程）
本工程では、コア部が形成されたクラッド基材上に上部クラッド層を形成するが、上部クラッド層としてはフィルム（たとえば前記クラッド基材の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。前記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、紫外線硬化性また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との混合物が用いられる。

前記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、該硬化性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。

上部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。用いる接着剤としては、紫外線硬化性樹脂また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との混合物が用いられる。また、前記紫外線硬化性樹脂また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、上部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。

前記クラッド基材と上部クラッド層との屈折率差は小さい方が好ましく、その差は好ましくは０．１以内、より好ましくは０．０５以内、更に好ましくは０．００１以内であり、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。

以上説明した高分子光導波路の製造において、特に、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樹脂、中でも液状ジメチルシロキサン液を用い、クラッド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、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、本発明における高分子光導波路の製造においては、前記鋳型を準備する工程において、前記硬化樹脂層に進入口及び排出口を設け、該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。また、この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、加圧状態が前記各凹部の進入口（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、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（コア樹脂が鋳型凹部より排出される側）に排気口を設け、これに減圧脱気管を挿入連結し前記凹部排出口から減圧吸引することができる。排気口も複数設け、鋳型凹部の排出口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。

前記強化部材を設けた鋳型を用いる場合について図を用いて説明する。図４（Ａ）はクラッド基材に強化部材を設けた鋳型を密着させた斜視図を示す。図４（Ａ）中２４は強化部材であり鋳型凹部形成領域（紫外線等の照射領域）は強化部材を切り欠いた構造のものとなっている。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は鋳型強化部材２４とクラッド基材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は鋳型の硬化樹脂層であり、この部分は強化部材により覆われていない。
図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＡ−Ａ断面図であり、２２は鋳型凹部を示す。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、図４と同様な強化部材を備えた鋳型を用いる例を示し、クラッド基材と鋳型とが位置ずれしないように、クラッド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、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基板２４ａを用い、事前に前記凹部に類似の形状でコア部形状より少し大きい形状の溝部分を成型し、その溝に沿ってコアの原盤を用いて鋳型の硬化樹脂層部分を作製している。これにより、ゴム状の樹脂硬化層の場合でもその欠点である弾性特性を近接して剛体の凹部により振動や変形による鋳型の不安定さを解消でき、それにより高精度な成型性能を得ることができる。
なお、強化部材を備えた鋳型の態様としては、上記に限られるものではない。

前記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及びそれらの複合材料で作られ、その厚さは１ｍｍ〜４０ｍｍの範囲程度が適切である。

本発明における高分子光導波路の製造において、前記のように充填速度を上げるため、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、これに加え鋳型凹部の排出部を減圧吸引すると、加圧または減圧の圧力変化が起きた場合鋳型とクラッド基材との間で位置ずれが生じたり、鋳型全体や部分で振動が発生して鋳型が変形したり、クラッド基材との密着性が損なわれるなどの虞がある。しかし、強化部材を設けることにより前記のごとき不具合がなくなり、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。

また、複数の光導波路のコア部をクラッド基材上に形成する場合、前記のごとき強化部材を設けた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、鋳型の複数凹部の一方の端部における進入口（コア形成用硬化性樹脂の充填口）のすべて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、鋳型の複数凹部の他端部における排出口のすべてに連通する空隙部を設けることが好ましい。進入口に空隙部を設けることにより、進入口に直接注入圧力が作用せず、各進入口に対する注入圧力が緩和され均一化される。また、排出口に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、鋳型各凹部への樹脂の注入が均一化される。

次に、作製した高分子光導波路を用いて光学素子を導入した高分子光導波路デバイスを作製する各工程を、図６、図７により説明する。
図６は、光学素子の高分子光導波路への実装例を示す概略図であり、この例ではコア部６２を切断して作製された空間に面状の光学素子が底面（最も広い面）を向けて挿入される。図６（Ａ）は作製された導波路基板（コア部６２がクラッド部６４に挟まれた状態のもの、以下同様）、図６（Ｂ）は導波路基板６１に空間６６が作製された状態、図６（Ｃ）は空間６６が作製された導波路基板６０と剛体基板７０とを接着した状態、図６（Ｄ）は空間６６に光学素子８０をはめ込む状態を各々示す斜視図である。

また図７は、光学素子の高分子光導波路への他の実装例を示す概略図であり、この例ではコア部６２を切断して作製された溝に板状の光学素子が側面を向けて挿入される。図７（Ａ）は基体上に設置された導波路基板、図７（Ｂ）は導波路基板６１に溝を作製している状態、図７（Ｃ）は溝６８が作製された導波路基板６０、図７（Ｄ）は溝６８に光学素子８０をはめ込んだ状態を各々示す斜視図等である。

なお、図６、図７においては、１本のコア部６２に対して光学素子８０を挿入する例を示すが、本発明においては、１つの光学素子に対してコア部が複数存在していてもよい。また、コア部の形状としては、直線状だけでなく曲線状（曲率半径が１ｍｍ以上）のコア部であってもよい。

以下、各工程について説明する。
＜光学素子設置用の空間または溝を作製する工程＞
前記のようにして完成した高分子光導波路では、クラッド基材としてのフイルムまたは剛体基板上に導波路としてのコア部が形成され、さらにコア部を覆うようにクラッド基材上に上部クラッド層が形成されている。本工程では、この高分子光導波路の途中に光学素子を挿入するため、コア部の導波方向の中間部に該コア部を切断するように空間または溝を作製する。

ここで上記空間とは、例えば図６（Ｄ）に示すように、面状の光学素子８０を平置きでコア部６２の中間に挿入できるようにするため、導波路基板６１の片面側からコア部６２を切断するように広い面積で作製される打ち抜き部分をいう。また、前記溝とは例えば図７（Ｄ）に示すように、板状の光学素子をその側面を向けてコア部６２の中間に挿入できるようにするため、導波路基板６１の片面側からコア部６２を切断するように狭い面積で作製される切削部分をいう。この溝６８は、前記空間６６と異なり導波路基板６０の導波方向と交わる方向の端部に達していてもよい。

なお、上記空間、溝ともに、コア部６２を切断するように作製されればよく、導波路基板６１を必ずしも貫通するように作製される必要はない。ただし、後述するように、特に空間６６を形成しこの空間に面状の光学素子８０等を挿入する場合には、コア部６２と光学素子８０との位置合わせの精度を確保する観点から貫通するように作製することが好ましい。

コア部６２を切断するようにコア部６２の中間部空間または溝を形成するためには、打抜き法（金型抜き打ち、トムソン刃、押し切り刃等を用いる方法）や切断法（レーザー光線走査、精密針走査等による方法）、さらに切削法（ドライエッチング、湿式エッチング、機械加工等による方法）などを用いることができる。これらの中では特に、ウェハー切断用のダイサー装置を用いて切断溝を作製する方法が、端部導波路面の光学面精度が得られる（面の粗さＲａとしては、Ｒａ＜１００ｎｍ）点から好ましい。

本発明においては、前記空間６６または溝６８を設置する光学素子８０よりやや大きなサイズで作製することが好ましい。その理由は、後述するように光学素子８０を挿入した場合に、コア部６２の切断端部と光学素子光路部との間に空気層が存在すると光損失が大きくなるため、この空隙に光学接着剤を充填することが好ましいからである。

具体的には、設置される光学素子８０の導波方向の長さより３μｍ〜５ｍｍ長い導波方向の長さを有する空間６６または溝６８を作製することが好ましく、２０μｍ〜１ｍｍ長い導波方向の長さを有する空間６６または溝６８を作製することがより好ましい。３μｍに満たないと光学素子８０のはめ込みが困難となるだけでなく光学接着剤の充填も困難となる場合がある。５ｍｍを超えると光学接着剤を充填しても光損失が大きくなってしまう場合がある。

本発明においては、前記空間または溝を作製する工程において、図６（Ｂ）に示すようにクラッド基材まで貫通するように空間または溝を作製し、光学素子を挿入する前に、図６（Ｃ）に示すように、導波路基板６１におけるクラッド基材のコア部６２が形成された面と反対側の面に下地材として剛体基板７０を接着することが好ましい。このように下地材を設けその上に光学素子を設置することにより（図６（Ｄ））、コア部６２と光学素子光路部との高さ方向（導波路基板の厚み方向）の位置合わせを精度よく行うことができる。

前記剛体基材７０の材質は、ガラス、金属、セラミックなど特に制限されないが、その表面の算術平均粗さＲａが２０ｎｍ〜２μｍの範囲であることが好ましく、０．１〜０．５μｍの範囲であることがより好ましい。Ｒａが２μｍを超えると、下地材を設けても十分な面出しの精度が得られない場合がある。またＲａが２０ｎｍに満たない表面は実際上コスト高となり得ることが困難である。

一方、図７（Ｂ）に示すように、導波路基板６１に対してダイサーブレード６５などを用いて一定の角度θをもって溝を作製する場合には、特に導波路基板６１を構成するクラッド基材がフィルム等の場合に導波路基板６１自体の固定・安定化のために、図７（Ａ）に示すように、当初から導波路基板６１に支持体７５を設けてもよい。

＜光学素子を挿入し位置決めする工程＞
本工程では、設置すべき光学素子を用意し、前記作製された空間または溝に対しその光学素子を挿入し位置決めを行う。本発明においては、光導波路が高分子であるため、前記空間作製時に切断されたコア部の端面はそのまま接続損失の少ない光学端面とすることができる。また、通常の硬い無機材料の光導波路の場合には、挿入される光学素子も硬いものであるため挿入が困難であるが、高分子光導波路の場合には導波路が多少弾性を有するため容易に挿入することができる。

この場合、作製された空間または溝に対し光学素子を挿入した時、光学素子の光路部と切断されたコア部端面との最大空隙幅が０．４ｍｍ以下となるように光学素子を位置決めすることが好ましく、０．１５ｍｍ以下となるようにすることがより好ましい。

上記最大空隙幅とは、空間または溝に光学素子を設置した場合の前記光路部とコア部端面とが最も離れた位置となる長さをいう。最大空隙幅が０．４ｍｍを超えると、後述するような空隙に光学接着剤を充填しても光損失が大きくなってしまう場合がある。
なお、コア部と光学素子光路部との高さ方向のずれ幅は、コア径の±１０％以内であることが好ましい。

本発明に用いられる光学素子としては、光学スイッチなどのアクティブ光学素子、光学フィルター、光学反射板、回折格子、光学レンズなどのパッシブ光学素子が挙げられるが、これらの中では、光学フィルター、光学レンズ、光学ミラー、光学スイッチ、発光素子及び受光素子のうちのいずれか１以上を用いることが好ましい。

また、前記光学素子を挿入するに際し素子搭載基板を用いることが、挿入された光学素子を支持し、位置決めの精度を高くする観点から好ましい。上記素子搭載基板としては、石英基板、シリコンウェハー、高平滑フィルムなどを用いることができる。

＜光学素子の光路部とコア部とを光接合する工程＞
本工程は、差込んだ光学素子の光路部とコア部とを光学的に接合する工程である。前記光接合は光学素子を挿入した状態のままでも可能であるが、位置ずれを防ぐため何らかの方法により位置決めされた光学素子を固定することが好ましい。また、光学素子を挿入したままの状態では、光学素子とコア部との空隙は空気層であるのでコア部との屈折率差が大きく光損失が大きい。そこで、本発明においては、挿入し設置した光学素子の光路部とコア部との間の微小空間に、コア部との屈折率差が±０．２以内、より好ましくは±０．０５以内の屈折率を有する光学接着剤を充填することが好ましい。

特に本発明においては、導波路が高分子材料からなる有機系であり、通常用いられる光学接着剤も有機系であることから、両者を密着させた場合の適合性がよく屈折率差も小さくできるため、光接合させた場合の光損失を無機系の導波路の場合に比べて小さくすることができる。また、有機系の方が熱による膨張・収縮特性も近いため、接合部の機械的強度を高くすることができる。
前記屈折率差は±０．１以内であることがより好ましく、±０．０３以内がさらに好ましく、±０．０１以内が特に好ましい。

また、前記光学接着剤としては、コア部との屈折率差が±０．１以内であり、使用波長領域での光透過率が９０％／ｍｍ以上のものを用いることが、接合における光損失を少なくする上で最も好ましい。

前記光学接着剤は、光硬化性、熱硬化性（室温硬化を含む）のいずれであってもよく、有機溶剤分散性、有機溶剤溶解性等の接着剤であって、充填後に、光照射、熱処理、乾燥等により前記充填部分を固体化させることができるものであることが好ましい。特に、硬化時室温近くで処理が行われる光硬化接着剤の使用が接合寸法精度的に有効である。これにより、光接続を可能にさせ、光学特性の損失を低減させ安定した光学性能を得ることができる。また、機械的強度も接着剤の固体化にともない発現させることができる。

なお、前記光学接着剤としては、前記コア形成用硬化性樹脂と同様のエポキシ系、ポリイミド系、アクリル系の紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂などが好ましく用いられる。

以上述べた工程を経て、本発明における高分子光導波路デバイスが作製されるが、次に本発明による光学素子の導波路接合の好ましい態様を示す。
図８は、本発明による光学素子の導波路接合の一例として、光学素子として波長選択性光学フィルターを使用した光接合を示す図である。図８（Ｂ）は作製された高分子光導波路デバイスの斜視図、図８（Ａ）はこれを上部クラッド層側から見た図である。

図における波長選択性光学フィルター８２は、一定の波長の光を透過し異なる一定の波長の光を反射するものである。波長選択性光学フィルター８２は、導波路基板６７に作製された溝に差し込まれ、コア部６２の導波方向と角度α（度）の進入角度となるように位置決めされている。本発明において、上記角度αは５５度±３５度以内であることが、反射光用コア部６３への反射光量と透過光量とのバランスの観点から好ましい。

また、前記反射光用コア部６３の波長選択性光学フィルターに対する角度β（度）は、前記進入角度α±１０度以内とすることが、同様に反射光用コア部６３への反射光量と透過光量とのバランスの観点から好ましい。

これらの本発明の高分子光導波路デバイスの製造方法により、導波路フイルムまたは導波路基板の導波路（コア部）の間に、安価で複雑な工程を要さずに、簡易に機能性を有する光学素子を実装することが可能となり、光モジュールや光インターコネクション、光回路ボード、メデイアコンバーター、オプトネットワークユニット等を１つの基板内に安価に提供することができる。

以下に、実施例により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＞
（鋳型の作製）
石英基板上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加熱オーブンでプリベークした後、フォトリソ工程により、断面が正方形の紫外線硬化高分子材による凸部（幅：５０μｍ、高さ：５０μｍ、ピッチ２５０μｍ、長さ：５０ｍｍ）を５本形成し、鋳型作製用の原盤を作製した。

次に、図４（Ａ）に示すような紫外線線透過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厚の石英製透過性基板に、前記凸部に対応する凹部と類似形状の凹部（幅：１００μｍ、高さ：１００μｍ、ピッチ５００μｍ、長さ：５０ｍｍをフォトリソ工程とフッ酸エッチング工程により前記透過性基板上に５本作製し、前記強化部材と一体化させた。次いで、この強化部材を前記原盤にかぶせた。

次に、強化部材の開口部より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、１３０℃で２０分間加熱してを硬化させた。硬化後、硬化ゴム（硬化樹脂層）、透過性基板及び強化部材が一体になったものを原盤から剥離し、前記凸部に対応する凹部を有し、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するための排出口が形成されたゴム鋳型が作製された。

なお、この時のシリコーンゴム材（硬化樹脂層）の物性は、硬度がショアＡ硬度で２０、表面エネルギーが１８ｍＮ／ｍ、平均ゴム厚が２００μｍ、形成された凹部の算術平均粗さＲａが０．０４μｍであった。

（コア部及び上部クラッド層の形成）
前記ゴム鋳型をアートンフィルム（厚さ：１８８μｍ、屈折率：１．５１）の予め設けた導電層パターン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及び各排気口に加圧注入管及び減圧脱気管を接続した。次いで、圧力調整制御機を通して加圧注入管から鋳型凹部に、粘度が１１００ｍＰａ・ｓの紫外線硬化性樹脂（ＪＳＲ社製：ＰＪ３００１）を常圧に対して＋２０ｋＰａの加圧圧力で注入した。また、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。この状態で４０秒で鋳型凹部に紫外線硬化性樹脂が充填された。

次に、前記強化部材から加圧注入管及び減圧脱気管をはずし、強化部材の露光用開口部から光強度が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。そしてゴム鋳型を剥離すると、アートンフィルム上に屈折率１．５４のコア部が形成された。
さらに、アートンフィルムのコア部形成面に、硬化後の屈折率がアートンフィルムと同じ１．５１である紫外線硬化性樹脂を全面に塗布した後、光強度が５０ｍＷ／ｃｍ²のＵＶ光を１０分間照射して紫外線硬化させ膜厚が２０μｍの上部クラッド層を形成し、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。

（溝形成、光学素子の挿入・位置決め、光接合）
次に、この導波路基板に、０．５ｍｍ厚のダイサーブレードを備えたダイサー装置を用いて、図７（Ｂ）（Ｃ）に示すように導波路基板面に４５度の角度で平均０．５５ｍｍ幅の溝をダイシングによりコア部を切断するように長さ１０ｍｍで形成した。そしてこの溝に、１．３μｍ波長の光を反射し、０．８５μｍ波長の光を透過する０．５ｍｍ厚の波長選択性光学フィルターを挿入し、切断したコア部端部と波長選択性光学フィルターの光路部との最大空隙幅が０．１ｍｍとなるように位置決めした。

次いで、０．８５μｍ及び１．３μｍの波長の光を９０％／ｍｍ透過する屈折率１．５３１の紫外線硬化型光学接着剤（ダイキン社製、光硬化型接着剤）をフィルタとコア部端部との間隙に注入し、その後、３６０ｎｍの紫外光により光照射し光学接着剤を硬化させ、前記溝に波長選択性光学フィルターを固定した。これにより、１．３μm波長の光を反射させ、０．８５μｍ波長の光だけをフィルターの裏面部分にあるコア部に透過できる波長選択性の光学素子を接合した高分子光導波路デバイスが得られた。なお、波長選択後の導波路の光損失は１．５ｄＢであった。

＜実施例２＞
実施例１の高分子光導波路の作製において、鋳型としての硬化樹脂層の硬度をショアＡ硬度で８０とした以外は実施例１と同様にして高分子光導波路を作製した。なお、硬化樹脂層であるシリコーンゴム材の硬度は、前記液状のジメチルシロキサンゴムに配合されるセラミック超微粉末の添加量により調整した。

得られた５本のコア部のうち、３本の光導波路コア部の平均導波損失は１．８ｄＢ／ｃｍであり、他の２本では光導波を確認できなかった。
次いで、実施例１と同様にして導波路基板に溝を作製し波長選択性光学フィルターを接合した。その結果、前記光導波を確認できた３本のコア部における波長選択後の光損失は５．９ｄＢであった。

＜実施例３＞
実施例１の高分子光導波路の作製において、鋳型としての硬化樹脂層の硬度をショアＡ硬度で３０とした以外は実施例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平均導波損失は、０．１５ｄＢ／ｃｍであった。

次に、この導波路基板に、１．０ｍｍ厚のダイサーブレードを備えたダイサー装置を用いて、図７（Ｂ）（Ｃ）に示すように導波路基板面に４５度の角度で平均１．１５ｍｍ幅の溝をダイシングによりコア部を切断するように長さ２０ｍｍで形成した。そしてこの溝に、１．３μｍ波長の光を反射し、０．８５μｍ波長の光を透過する０．５ｍｍ厚の波長選択性光学フィルターを挿入し、切断したコア部端部と波長選択性光学フィルターの光路部との最大空隙幅が０．９０ｍｍ（平均空隙幅：０．６５ｍｍ）となるように位置決めした。

次いで、実施例１と同様にして導波路基板に作製した溝に波長選択性光学フィルターを接合した。その結果、波長選択後の光損失が４．２ｄＢの高分子光導波路デバイスが得られた。

＜実施例４＞
実施例３の高分子光導波路の作製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平均導波損失は、０．１７ｄＢ／ｃｍであった。

次に、この導波路基板に、０．５ｍｍ厚のダイサーブレードを備えたダイサー装置を用いて、図７（Ｂ）（Ｃ）に示すように導波路基板面に４５度の角度で平均０．５３ｍｍ幅の溝をダイシングによりコア部を切断するように長さ２５ｍｍで形成した。そしてこの溝に、１．３μｍ波長の光を反射し、０．８５μｍ波長の光を透過する０．５ｍｍ厚の波長選択性光学フィルターを挿入し、切断したコア部端部と波長選択性光学フィルターの光路部との最大空隙幅が０．１０ｍｍ（平均空隙幅：０．０６ｍｍ）となるように位置決めした。

次いで、実施例１と同様にして導波路基板に作製した溝に波長選択性光学フィルターを接合した。その結果、波長選択後の光損失が３．２ｄＢの高分子光導波路デバイスが得られた。

＜実施例５＞
（鋳型の作製）
シリコンウエハー基板上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、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原盤とした。

次に、図５（Ａ）に示すようなアルミ製の強化部材を作製し、露光用開口部２４ａは石英ガラス製とし、２ｍｍ厚のアクリル製透過性基板に、前記原盤と同じピッチで、凸部に対応する凹部に類似形状の凹部（幅：１５０μｍ、高さ：１５０μｍ、ピッチ１ｍｍ、長さ：１００ｍｍをフォトリソ工程とエッチング工程により１０本透過性剛体基板上に作製し、強化部材と一体化させた。

次いで、前記原盤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、シリコーンゴム（硬化樹脂層）と強化部材とを一体化させた。次いでこれを原盤から剥離し鋳型を得た。

鋳型のシリコーンゴム層には、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ていた。なお、この時のシリコーンゴム材（硬化樹脂層）の物性は、硬度がショアＡ硬度で１４、表面エネルギーが１８ｍＮ／ｍ、平均ゴム厚が５ｍｍ、形成された凹部の算術平均粗さＲａが０．０３μｍであった。

（コア部及び上部クラッド層の形成）
前記合体したゴム鋳型をアートンフィルム（厚さ：２５０μｍ、屈折率：１．５１）の電子回路部分（導電層パターン）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光強度が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。鋳型を剥離すると、アートンフイルム上に屈折率１．５３のコア部が形成された。
さらに、アートンフイルムコア部形成面に、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を全面に塗布した後、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であり、実施例１と同様に光導波路への光の良好な導波を確認した。

（溝形成、光学素子の挿入・位置決め、光接合）
次に、この導波路基板をトムソン刃を用いて、抜き打ち加工処理を行い、図６（Ｂ）に示すように導波路基板の中央に面積が１０．７ｍｍ×５．１ｍｍの打抜きの空間を形成した。そしてこの導波路基板に、図６（Ｃ）に示すように厚さが１ｍｍで、表面の算術平均粗さＲａが０．１μｍの平滑状態の石英製剛体基板に接着させた。次いで、前記打ち抜いた空間に光スイッチ光学素子デバイス（面積：９．９ｍｍ×４．８mm、厚さ：１ｍｍ）をはめ込み、切断したコア部端部と光スイッチ光学素子デバイスの光路部との最大空隙幅が０．０８ｍｍとなるように位置決めした。

次いで、０．８５μｍ及び１．３μｍの波長の光を９０％／ｍｍ透過する屈折率１．５２５の紫外線硬化型光学接着剤を光学素子デバイスとコア部端部との間隙に注入し、その後、３６０ｎｍの紫外光により光照射し光学接着剤を硬化させ、前記溝に光学素子デバイスを固定し高分子光導波路デバイスとした。これに、０．８５μｍの波長光を導入し光スイッチを電気的にスイッチングしたところ、１．３ｄＢの光接続損失で光スイッチ制御した光を導波できることがわかった。

＜比較例１＞
石英基板上に、コア材層としてゲルマニア（二酸化ゲルマニウム）を含有したＳｉＯ₂材を真空蒸着法により厚さ３０μｍ堆積させ、次に、フォトリソ法により導波路のない不要部分のコア材層を除去して、直線パターン部として長さ１００ｍｍの導波路コア部を形成した。次いで、真空蒸着法によりＳｉＯ₂を厚さ５０μｍで基板全面に着膜し、クラッド層部を形成した。次に、この基板の端面をダイシング装置で切断し、端部をダイヤモンド粒子で研磨し、コア部が無機材からなる光導波路デバイスを作製した。

この光導波路デバイスの光導波損失は３．３ｄＢ／ｃｍと大きく、これは前記フォトリソ工程のエッチングにより、コア側表面の算術平均粗さＲａが０．４５μｍであったことによる。また、波長選択性光学フィルター挿入のため、溝作製加工をグラインド切断装置を用いて行ったが、基板等にチッピングを生じ、光学フィルターとの最大空隙幅が０．６ｍｍとなってしまった。このため、光学フィルター部の光損失は６．５ｄＢとなり、良好な性能が得られなかった。

高分子光導波路の製造の一例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。 高分子光導波路の製造の他の一例を示す概念図である。 強化部材を備えた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。 本発明の高分子光導波路デバイスの製造方法の一例を示す概念図である。 本発明の高分子光導波路デバイスの製造方法の他の一例を示す概念図である。 光学素子の導波路基板への光接合例を示す概念図である。

符号の説明

１０ 原盤
１２ 光導波路コア部に対応する凸部
２０ 鋳型
２２ 鋳型凹部
２２ａ コア形成用硬化性樹脂の進入口
２２ｂ コア形成用硬化性樹脂の排出口
２６ａ コア形成用硬化性樹脂の注入管
２８ａ 減圧脱気管
３０ クラッド基材
３１ 導電性パターン
４０、６２ コア部
５０、５２ 上部クラッド層
６０、６１、６７ 導波路基板
６３ 反射光用コア部
６４ クラッド部
６６ 空間
６８ 溝
７０ 剛体基板
７５ 支持体
８０ 光学素子
８２ 波長選択性光学フィルター

Claims (20)

1. 少なくとも、１）鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層からなり光導波路のコア部に対応する凹部が形成された鋳型を準備する工程、２）該鋳型をクラッド基材に密着させる工程、３）該クラッド基材に密着させた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）硬化したコア部の導波方向の中間部に該コア部を切断するように光学素子設置用の空間または溝を作製する工程、６）該空間または溝の所定の位置に光学素子を挿入し位置決めする工程及び７）該光学素子の光路部とコア部とを光接合する工程を含むことを特徴とする高分子光導波路デバイスの製造方法。
2. 前記空間または溝を作製する工程において、設置される光学素子の導波方向の長さより３μｍ〜５ｍｍ長い導波方向の長さを有する空間または溝を作製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デバイスの製造方法。
3. 前記空間または溝を形成する工程において、ウェハー切断用のダイサー装置を用いて空間または溝を作製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デバイスの製造方法。
4. 前記空間または溝を作製する工程においてクラッド基材まで貫通するように空間または溝を形成した後、該空間または溝に光学素子を挿入する前に、さらに該クラッド基材のコア部が形成された面と反対側の面に、表面の算術平均粗さＲａが２０ｎｍ〜２μｍの範囲の剛体基板を下地材として接着する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法。
5. 前記光学素子を挿入し位置決めする工程において、作製された空間または溝に対し光学素子を挿入した後、光学素子の光路部と切断されたコア部端面との最大空隙幅が０．４ｍｍ以下となるように光学素子を位置決め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デバイスの製造方法。
6. 前記光接合する工程が、前記空間または溝に光学素子を位置決めした後、該光学素子を固定する処理工程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デバイスの製造方法。
7. 前記光学素子を固定する処理工程が、光学素子とコア部との間隙に、コア部との屈折率差が±０．２以内の屈折率を有する光学接着剤を充填し、次いで該光学接着剤を固体化させることにより光学素子を固定する工程であることを特徴とする請求項６に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法。
8. 前記光学接着剤が、コア部との屈折率差が±０．１以内であり、かつ使用光線波長域での光透過率が９０％／ｍｍ以上の光学接着剤であることを特徴とする請求項７に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法。
9. 前記光学素子として、光学フィルター、光学レンズ、光学ミラー、光学スイッチ、発光素子及び受光素子のうちのいずれか１以上を用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デバイスの製造方法。
10. 前記光学素子の前記空間または溝の深さ方向の厚さが、５μｍ〜１ｍｍの範囲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デバイスの製造方法。
11. 前記光学素子を挿入し位置決めする工程において、前記光学素子としての波長選択性光学フィルターがコア部の導波方向と５５度±３５度以内の進入角度となるように挿入され位置決め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デバイスの製造方法。
12. さらに、前記波長選択性光学フィルターの反射光を導く反射光用コア部を、前記光学波長選択性フィルター面に対し前記進入角度の±１０度以内となるように形成し、光接合する工程を含むこと特徴とする請求項１１に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法。
13. 前記硬化樹脂層を、シリコーン系ゴムと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デバイスの製造方法。
14. 前記硬化樹脂層の厚さを、５μｍ〜５ｍｍの範囲と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デバイスの製造方法。
15. 前記硬化樹脂層のショアＡ硬度を、１０〜５０の範囲と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デバイスの製造方法。
16. 前記硬化樹脂層の表面エネルギーを、７〜３０ｍＮ／ｍの範囲と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デバイスの製造方法。
17. 前記硬化樹脂層における凹部の算術平均粗さＲａを、０．０１〜０．１μｍの範囲と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デバイスの製造方法。
18. 前記クラッド基材の基材として、セラミック基材、ガラス基材、フィルム基材及びシリコンウェハーのうちのいずれかを用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デバイスの製造方法。
19. 前記鋳型としての硬化樹脂層に進入口及び排出口が設けられ、前記鋳型が、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一体となってクラッド基材に密着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デバイスの製造方法。
20. 前記コア形成用硬化性樹脂を充填する工程において、前記鋳型の凹部の進入部からコア形成用硬化性樹脂の加圧充填を行うとともに、鋳型の凹部の排出部から減圧吸引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デバイスの製造方法。

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