JP2008026343A - 光導波路用ドライフィルム及びその光導波路用ドライフィルムを用いた光導波路の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高解像度のコアパターニングを行うことができる光導波路用基材、及びその光導波路用基材を用いた光導波路の製造方法を提供する。
【解決手段】光が導波するコア１６とコア１６が埋設されているクラッド１３とが形成された光導波路の製造方法であって、基材１１上に形成されたクラッド１３上に、コア１６を作成するための感光性樹脂層１４と、感光性樹脂層１４上に現像液に可溶性を有する樹脂を含有する保護層１７とを有する感光性ドライフィルム１の保護膜１７の上にフォトマスク１８を配置し、光を照射し、現像液により現像することによってコア１６を作成することを特徴とする光導波路の製造方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光導波路用ドライフィルム及びその光導波路用ドライフィルムを用いた光導波路の製造方法に関する。

プラスチックなどの光硬化性樹脂を用いた光導波路は、他の材料を用いた光導波路と比較して、光を照射することによって硬化することから、温度変化によるコア部分とクラッド部分の歪みや、コア部分の欠損等がおこることがない。また、光導波路が光硬化性樹脂であるので、プロセスを用いて複雑な光導波路の形成を容易に行うことができるという長所がある。これらのことから、低価格で高機能の光導波路部品への応用が期待され、検討が進められている。

従来の光導波路の製造方法を図３に示す。まず、基材フィルム９１上にクラッド層９３を積層させる。基材フィルム９１上にクラッド用感光性樹脂層９２を形成し、乾燥させた後に光を照射することによって硬化させて、クラッド層９３を形成している。その後、クラッド層９３上にコア９６を形成する。まず、クラッド層９３上にコア用感光性樹脂層９４を形成する。コア用感光性樹脂層９４は、マスク９５を用いることによって、所望の位置に光を照射し硬化させる。そして、硬化させていない部分の樹脂はアルカリ水溶液などを用いて除去している。このようにしてコア９６が形成される。

また、もう一つの基材フィルム９７上に感光性樹脂層９８を積層させる。そして、クラッド層９３とコア９６が形成された基材フィルム９１の上から、感光性樹脂層９８が形成された基材フィルム９７を覆うようにして押圧する。このとき、コア９６と感光性樹脂層９８が対向するようにする。このようにすることによって、感光性樹脂層９８がコア９６の周辺を囲むような形状に変化する。その後に、光を照射することによって、感光性樹脂層９８はクラッド層９９に変化する。このようにすることによって、コア９６の周りを囲むようにクラッド層９３、９９が形成された光導波路が形成される（例えば特許文献１）。
特開２００５−１１５０４７号公報

しかしながら、図３（ｂ）に示すように、マスクを用いて所望の位置に光を照射することによってコアを作成するときに、マスクとコア用感光性樹脂層とが接触してしまう可能性がある。これは、高解像度のコアをパターニングする際に、光の回折を防ぐためにマスクをできるだけコア用感光性樹脂層に近づける方が良いためである。樹脂層は乾燥していても、べたつき（タック）があるために、マスクとコア用感光性樹脂層が接触してしまうとマスクに樹脂が接着してしまい、光が照射する度にマスクを洗浄しなくてはならない。マスクの洗浄に手間がかかる上、マスクの洗浄の際にマスクに描かれているパターンが崩れてしまい、マスクが使用できなくなるという問題点があった。

また、コア用感光性樹脂層の上に剥離フィルムがある場合においても、剥離フィルム内には滑り止めのシリカで形成されたフィラーが配合されていることが一般的であるので、剥離フィルムの上から光を照射した場合、光が散乱してパターンと同じ形状にコア用感光性樹脂層を硬化させることができない問題点がある。さらに、剥離フィルムを用いるときには、剥離フィルムは厚く作成するために、マスクを感光性樹脂層にそれほど近づけることができない。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、光導波路が作成する際に高解像度のコアパターニングを行うことができる光導波路用ドライフィルム及びその光導波路用ドライフィルムを用いた光導波路の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る光導波路の製造方法においては、光が導波するコアと該コアが埋設されているクラッドとが形成された光導波路の製造方法であって、基材上に形成されたクラッド上に前記コアを作成するための感光性樹脂層と、前記感光性樹脂層上に現像液に可溶性を有する樹脂を含有する保護層とを有する感光性ドライフィルムの前記保護膜の上にフォトマスクを配置し、光を照射し、前記現像液により現像することによってコアを作成することを特徴とする光導波路の製造方法である。このように作成することによって、高解像度のコアパターニングを行うことができる。

本発明の第２の態様に係る光導波路の製造方法においては、上述の製造方法であって、前記現像液に可溶性を有する樹脂のガラス転移温度が５０℃以上であることを特徴とするものである。このことによって、マスクを保護層上に配置して露光を行うことができる。本発明の第３の態様に係る光導波路の製造方法においては、上述の製造方法であって、前記保護膜は、前記コアを作成するための樹脂層を硬化させるための光に対して５０％以上の透過率を有することを特徴とする光導波路の製造方法である。このことによって、高出力の照明を用いることなく露光を行うことができる。本発明の第４の態様に係る光導波路の製造方法においては、上述の光導波路の製造方法であって、前記保護膜は、０．１μｍ以上２０μｍ以下の厚みを有することを特徴とする光導波路の製造方法である。このことによって、コアを作成するための樹脂層にマスクをより近づけることができる。

本発明の第５の態様に係る光導波路用ドライフィルムにおいては、クラッドと、前記クラッド内に埋設され、光を導波するコアとを有する光導波路を作成するための光導波路用ドライフィルムであって、基材フィルムと、前記基材フィルム上に配置されたクラッドと、前記クラッド上に配置され、前記コアを作成するための感光性樹脂層と、前記感光性樹脂層上に配置され、現像液に可溶性を有する樹脂を含有する保護膜とを有するものである。

本発明の第６の態様に係る光導波路用ドライフィルムにおいては、上述の光導波路用基材であって、前記現像液に可溶性を有する樹脂のガラス転移温度が５０℃以上であることを特徴とするものである。本発明の第７の態様に係る光導波路用ドライフィルムにおいては、上述の光導波路用基材であって、前記保護膜は、前記コアを作成するための樹脂層を硬化させるための光に対して５０％以上の透過率を有することを特徴とするものである。本発明の第８の態様に係る光導波路用ドライフィルムにおいては、上述の光導波路用基材であって、前記保護膜は、０．１μｍ以上２０μｍ以下の厚みを有することを特徴とするものである。

本発明に係る光導波路用ドライフィルム及びその光導波路用ドライフィルムを用いた光導波路の製造方法によれば、べたつきのない保護膜をコア用樹脂層の上に設けているため、マスクをコア用樹脂層にその保護膜の厚みまで近づけることができる。このことによって、マスクをコア用樹脂層に近づけられるため高解像度のコアパターニングを行うことができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態は、本発明を光導波路用ドライフィルム及びその光導波路用ドライフィルムを用いた光導波路の製造方法に適用したものである。本実施の形態に係る光導波路用ドライフィルムにおいては、コアを作成するためのコア用感光性樹脂層の上に保護膜を設けているため、マスクをこの保護膜の厚みまで近づけることができる。このとき保護膜は、剥離フィルムよりも薄く作成することができるため、マスクをコア用感光性樹脂層に近づけることができる。また、この保護膜は、コアを作成する際に、未露光のコア用感光性樹脂層を除去する際に用いるアルカリ水溶液などの現像液によって除去することができるため、容易にコアを作成することができる。

光導波路用の硬化性組成物の例としては、エチレン性不飽和基等の重合性官能基を有する樹脂、重合性モノマー、光重合開始剤等を含む組成物が挙げられる。コア用の感光性組成物は、前記エチレン性不飽和基等の重合性官能基を有する樹脂をアルカリ可溶性にすることで、感光性組成物をアルカリ水溶液での現像を可能にすることができる。

ここで、エチレン性不飽和基等の重合性官能基を有する樹脂は、例えば、カルボキシル基や水酸基を有するポリ（メタ）アクリレートに、グリシジル基とエチレン性不飽和基を含有する化合物、イソシアネート基とエチレン性不飽和基を含有する化合物、あるいはアクリル酸クロライドを付加反応させることにより得ることができる。このとき、アクリル酸やメタクリル酸を共重合させ、樹脂中にカルボキシル基を導入することでアルカリ現像が可能な樹脂とすることができる。また、ポリエチレンオキシド構造、ポリプロピレンオキシド構造や、ウレタン結合を繰り返し有する直鎖構造を含み、かつ、２〜６個の（メタ）アクリロイル基を有する化合物を使用することもできる。

ここで、重合性モノマーの例としては、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、グリセリントリ（メタ）アクリレート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレートトリ（メタ）アクリレート、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，３−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングルコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングルコールジ（メタ）アクリレート、ジプロピレングルコールジ（メタ）アクリレート、ビス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレートジ（メタ）アクリレート、ビス（（メタ）アクリロイルオキシメチル）トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカン（「トリシクロデカンジイルジメタノールジ（メタ）アクリレート」とも言う）、及びこれらの化合物を製造する際の出発アルコール類のエチレンオキシド又はプロピレンオキシド付加物のポリ（メタ）アクリレート類、分子内に２以上の（メタ）アクリロイル基を有するオリゴエステル（メタ）アクリレート類、オリゴエーテル（メタ）アクリレート類、オリゴウレタン（メタ）アクリレート類、及びオリゴエポキシ（メタ）アクリレート類等が挙げられる。

光重合開始剤の例としては、２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、２−メチル−１−〔４−（メチルチオ）フェニル〕−２−モルフォリノプロパン−１−オン、２−（ジメチルアミノ）−１−〔４−（モルフォリニル）フェニル〕−２−フェニルメチル）−１−ブタノン等が挙げられる。

前記「エチレン性不飽和基等の重合性官能基を有する樹脂、重合性モノマー、光重合開始剤等を含む組成物層」をフィルム上に形成する方法は、前記各成分を、メチルイソブチルケトン、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールエチルエーテルアセテート、トルエン、酢酸エチル、２−ヒドロキシプロピオン酸エチル等の有機溶剤に溶解させた組成物を、ロールコート、グラビアコート、ダイコート等の方法でフィルムに塗布した後、有機溶剤を除去（乾燥）することで、感光性を有する組成物層を形成することができる。このとき、ドライフィルムとしての特性を損なわない範囲で、例えば５質量％程度の有機溶剤が残存していても構わない。

本実施の形態に係る光導波路用ドライフィルム１、及び、該光導波路用ドライフィルムを使用した積層体１０の製造方法を図１に示す。まず、基材フィルム１１上にクラッド用感光性樹脂層１２を積層させる。このクラッド用感光性樹脂層１２に、光を照射することによってクラッド１３を作成する(図１（ａ）参照）。クラッド１３の上に、コア用感光性樹脂層１４を積層させる。このコア用感光性樹脂層１４は、硬化させてコア１６を作成した際に、コア１６の屈折率がクラッド１３の屈折率よりも高くなるような樹脂を用いている。（図１（ｂ）参照）。

本実施の形態に係る光導波路用ドライフィルム１においては、コア用感光性樹脂層１４上に保護膜１７としてべたつき（タック）がなく、現像液に可溶性を有する薄膜を形成している(図１（ｃ）参照）。この保護膜１７を作成する理由については、後述する。このようにして本実施の形態に係る光導波路用ドライフィルム１は作成される。保護膜１７は、コア用感光性樹脂層１４が硬化する光に対しては非感光性である。この光導波路用ドライフィルム１を用いることによって、コア１６が形成された積層体１０が作成される。以下にその積層体１０の作成方法について記述する。

保護膜１７を形成した後に、所望の位置に光を照射することによってコア１６を作成する(図１（ｄ）、（ｅ）参照）。このときには、フォトマスク１８を用いている。フォトマスク１８は、遮光部と透過部とを有しており、透過部に光が通過するようになっている。すなわち、遮光部によってパターンを作成することによって、遮光部と透過部とが作成される。フォトマスク１８は、透過部が光導波路として光を導波するコア１６の形状と同一のパターンを有している。そのため、フォトマスク１８を介して光を照射することによって、コア１６になる所望の位置のコア用感光性樹脂層１４が硬化される。

コア１６の位置のコア用感光性樹脂層１４が硬化された後に、コア１６以外の部分のコア用感光性樹脂層１４は不要となるため除去される(図１（ｆ）参照）。このとき、コア１６以外の部分のコア用感光性樹脂層１４は、アルカリ水溶液や前記有機溶媒などの現像液によって除去される。このアルカリ水溶液の現像液の例としては、水酸化カリウム水溶液、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）水溶液などが挙げられる。このとき、保護膜１７は現像液に可溶性を有するため、現像液によってコア１６以外のコア用感光性樹脂層１４と一緒に除去され積層体１０となる。

本実施の形態に係る積層体１０の製造方法においては、フォトマスク１８を保護膜１７上に配置して光を照射することができる。そのため、フォトマスク１８をコア用感光性樹脂層１４に近づけることができる。コア１６を作成する際に、フォトマスク１８をコア用感光性樹脂層１４にできるだけ近づけた方がよい。これは、フォトマスク１８をコア用感光性樹脂層１４から遠い位置に配置して光を照射すると、光の回折等の理由により光が広がってしまい、フォトマスク１８の透過部と同一の形状にコア１６がなりにくいためである。そのため、コア１６を高解像度で作成する際に、フォトマスク１８はできるだけコア用感光性樹脂層１４に近づけた方が良いことになる。また、保護膜１７は膜で作成することができるために、剥離フィルムよりも薄くすることができる。

しかしながら、コア用感光性樹脂層１４とフォトマスク１８とが接触した場合、フォトマスク１８にコア用感光性樹脂層１４の一部が接着してしまう。そのまま光を照射した場合、フォトマスク１８にコア１６のパターンの一部が破壊され貼りつくことがある。そのため、一定の距離をコア用感光性樹脂層１４から離さなければならなくなり、コア１６の寸法制御等の低下を招く。

そこで、本実施の形態に係る光導波路用ドライフィルム１においては、保護層１７を用いている。保護膜１７がタックのない層であるために、フォトマスク１８を保護膜１７上に配置したとしても、フォトマスク１８に保護膜１７の一部が接着してしまうことがない。そのため、保護膜１７の厚み分だけ離れた状態でフォトマスク１８を介して光を照射することができる。以上のことから、保護膜１７を作成することによって、高解像度のコアパターニングを行うことができる。

また、保護膜１７は現像液に可溶性を有する樹脂で作成されている。そのために、保護膜１７は、コア１６以外の乾燥樹脂層１５を除去する際に、一緒に現像液で除去することができる。このことによって、高解像度のパターンを有するコアを持つ光導波路を作成することができる。

さらに、保護膜１７は、コア用感光性樹脂層１４を硬化させるための光に対して透明であることが望ましい。これは、保護膜１７をコア用感光性樹脂層１４上に配設したまま光を照射するためである。保護膜１７が、コア用感光性樹脂層１４を硬化させるための光に対して透明であることによって、その光の光源を高強度の光源を用いなくてもコア用感光性樹脂層１４を硬化させることができるようになる。ここで、光に対して透明とは、その光に対する透過率が５０％以上であるときをいう。

また、保護膜１７は、ガラス転移温度Ｔｇが５０℃以上の樹脂で形成されていることが望ましい。これは、上述のコアパターニングを行うときの温度は常温であり、常温の状態においてガラス転移温度Ｔｇを超えないため、保護膜１７がタックのない状態で保つことができるからである。このガラス転移温度Ｔｇが５０℃以上のものの例として、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、及びポリビニルアルコールなどが挙げられる。

さらに、保護膜１７は０．１μｍ以上２０μｍ以下にするとよい。これは、保護膜１７の厚みが、フォトマスク１８と乾燥樹脂層１５との距離となり、フォトマスク１８をできるだけ近づけた方が、高解像度のコアパターニングを行うことができるからである。

以上のようにして作成された本実施の形態に係る積層体１０を用いて光導波路を作成する。本実施の形態に係る光導波路の製造方法を図２に示す。

まず、もう一つの光導波路用ドライフィルム２を準備する。光導波路用ドライフィルム２は、基材フィルム２１上にクラッド用感光性樹脂層２２を積層させる(図２（ａ）参照）。そして、積層体１０の上から光導波路用ドライフィルム２を覆うように押圧する。このとき、積層体１０内のコア１６と光導波路用ドライフィルム２内のクラッド用樹脂層２２とが対向するようにする(図２（ｂ）参照）。

このようにすることによって、クラッド用樹脂層２２がまだ硬化されていないために、コア１６の周辺を囲むような形状にクラッド用感光性樹脂層２２が変化する(図２（ｃ）参照）。そして、光を照射することによって、クラッド用感光性樹脂層２２はクラッド層２４に変化する。このようにすることによって、コア１６の周りを囲むようにクラッド１３、２４が形成された光導波路が形成される(図２（ｄ）参照）。

なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。

実施の形態に係る光導波路用ドライフィルムの製造方法を示す図である。 実施の形態に係る光導波路用ドライフィルムを用いた光導波路の製造方法を示す図である。 従来における光導波路の製造方法を示す図である。

符号の説明

１ 光導波路用ドライフィルム
１１ 基材フィルム １２ クラッド用感光性樹脂層 １３ クラッド
１４ コア用感光性樹脂層 １６ コア １７ 保護膜 １８ フォトマスク
２１ 基材フィルム ２２ クラッド用感光性樹脂層 ２４ クラッド層
９１ 基材フィルム ９２ クラッド用感光性樹脂層 ９３ クラッド
９４ コア用感光性樹脂層 ９５ マスク ９６ コア ９７ 基材フィルム
９９ クラッド層

Claims (8)

1. 光が導波するコアと該コアが埋設されているクラッドとが形成された光導波路の製造方法であって、
   基材上に形成されたクラッド上に、前記コアを作成するための感光性樹脂層と、前記感光性樹脂層上に現像液に可溶性を有する樹脂を含有する保護層とを有する感光性ドライフィルムの、
   前記保護膜の上にフォトマスクを配置し、光を照射し、前記現像液により現像することによってコアを作成することを特徴とする光導波路の製造方法。
2. 前記現像液に可溶性を有する樹脂のガラス転移温度が５０℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の光導波路の製造方法。
3. 前記保護膜は、前記コアを作成するための樹脂層を硬化させるための光に対して５０％以上の透過率を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光導波路の製造方法。
4. 前記保護膜は、０．１μｍ以上２０μｍ以下の厚みを有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光導波路の製造方法。
5. クラッドと、前記クラッド内に埋設され、光を導波するコアとを有する光導波路を作成するための光導波路用ドライフィルムであって、
   基材フィルムと、
   前記基材フィルム上に配置されたクラッドと、
   前記クラッド上に配置され、前記コアを作成するための感光性樹脂層と、
   前記感光性樹脂層上に配置され、現像液に可溶性を有する樹脂を含有する保護膜とを有する光導波路用ドライフィルム。
6. 前記現像液に可溶性を有する樹脂のガラス転移温度が５０℃以上であることを特徴とする請求項５に記載の光導波路用ドライフィルム。
7. 前記保護膜は、前記コアを作成するための樹脂層を硬化させるための光に対して５０％以上の透過率を有することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の光導波路用ドライフィルム。
8. 前記保護膜は、０．１μｍ以上２０μｍ以下の厚みを有することを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか一項に記載の光導波路用ドライフィルム。

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