JP2008275999A - 光導波路の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コアを高く形成しても、コアの上部が幅方向に膨らまないようにすることができる光導波路の製造方法を提供する。
【解決手段】アンダークラッド層２等の表面に、紫外線硬化型樹脂を塗布した後、その塗布層３ａに対して、波長３３０〜４００ｎｍの範囲内の紫外線Ｌを所定パターンに照射し、その照射した部分を硬化させてコアに形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、光通信，光情報処理，その他一般光学で広く用いられる光導波路の製造方法に関するものである。

光導波路は、光導波路デバイス，光集積回路，光配線基板等の光デバイスに組み込まれており、光通信，光情報処理，その他一般光学の分野で広く用いられている。光導波路としては、例えば、アンダークラッド層上に、コアが所定パターンに形成され、このコアを包含するようにオーバークラッド層が形成された三層構造のものがあげられる（例えば、特許文献１参照）。

上記コアのパターン形成は、コアの形成材料として紫外線硬化型樹脂を用い、それを、例えばアンダークラッド層上に塗布した後、コアパターンに対応する開口パターンが形成されているフォトマスクを介して紫外線により露光する。この露光された部分が硬化してコアとなる。その後、現像することにより、未露光部分を溶解させて除去し、コアパターンを形成する。
特開２００５−１７３０３９号公報

ところで、最近、電子光学機器の小型化が進むに伴い、光導波路のファイン化（コアパターンの小ピッチ化）が求められている。一方、光導波路と光学部品との接続において、コアから出射される光を正確に光学部品に伝達させるためには、コアの高さが高い方が、光ビームの高さが高くなるため、有利と考えられる。

しかしながら、光導波路をファイン化（コアパターンを小ピッチ化）した状態で、単にコアの高さを高くすると、露光した際に、図７に示すように、コア３０の上部が幅方向に膨らみ、隣り合うコア３０同士がその上部で接触するという問題が発生する。隣り合うコア３０同士が接触すると、光伝達に支障をきたす。なお、図７において、符号１は光導波路を製造するための基台、符号２はアンダークラッド層である。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、コアを高く形成しても、コアの上部が幅方向に膨らまないようにすることができる光導波路の製造方法の提供をその目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の光導波路の製造方法は、平板状の基体の表面に、紫外線硬化型樹脂を塗布した後、その塗布層に対して紫外線を所定パターンに照射し、その照射した部分を硬化させてコアに形成する工程を備えた光導波路の製造方法であって、上記紫外線が、波長３３０〜４００ｎｍの範囲内の紫外線であるという構成をとる。

本発明者は、コアを高く形成した際にコアの上部が幅方向に膨らむ原因について研究を重ねた。その結果、その原因は、照射する紫外線の波長にあるという知見を得た。すなわち、照射する紫外線は、通常、紫外線照射装置（例えば、ミカサ社製、ＭＡ−６０Ｆ）による紫外線であるが、その紫外線の波長には、３６５ｎｍを主波長に、４３６ｎｍ，３１０ｎｍ，２４８ｎｍに波長ピークが存在している。そのうち３１０ｎｍ，２４８ｎｍのような短波長の紫外線が存在すると、コアの上部が幅方向に膨らむことを突き止めた。そして、さらに研究を重ねた結果、照射する紫外線を、波長３３０〜４００ｎｍの範囲内の紫外線とすると、コアを高く形成しても、コアの上部が幅方向に膨らまないようにすることができることを見出し、本発明に到達した。

本発明の光導波路の製造方法では、コアを形成する際に、紫外線硬化型樹脂に対して波長３３０〜４００ｎｍの紫外線を照射するため、コアを高く形成しても、コアの上部が幅方向に膨らまない。その結果、光導波路をファイン化（コアパターンを小ピッチ化）しても、隣り合うコア同士がその上部で接触することがない。

つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。

図１〜図５は、本発明の光導波路の製造方法の一実施の形態を示している。この実施の形態では、基台１の表面に、アンダークラッド層２とコア３とオーバークラッド層４とからなる光導波路（図５参照）を製造するに際し、上記コア３の形成材料として、紫外線硬化型樹脂を用い、それを塗布してなる塗布層３ａ（図３参照）に対して、波長３３０〜４００ｎｍの範囲内の紫外線Ｌ（図３参照）を照射する。これが本願発明の特徴である。

より詳しく説明すると、まず、図１に示すように、上記光導波路を製造する平板状の基台１を準備する。この基台１としては、特に限定されるものではなく、その形成材料としては、例えば、樹脂，ガラス，シリコン，金属等があげられ、上記樹脂としては、例えば、ポリプロピレン，ポリエチレン，ポリエチレンナフタレート，ポリエステル，ポリアクリレート，ポリカーボネート，ポリノルボルネン，ポリイミド等があげられる。また、基台１の厚みも、特に限定されないが、通常、２０μｍ（フィルム状の基台１）〜５ｍｍ（板状の基台１）の範囲内に設定される。

ついで、上記基台１の表面の所定領域に、アンダークラッド層２を形成する。このアンダークラッド層２の形成材料としては、ポリイミド樹脂，エポキシ樹脂，光重合性樹脂等があげられる。そして、そのアンダークラッド層２の形成方法は、特に制限されないが、例えば、上記樹脂が溶媒に溶解しているワニスを基台１上に塗布した後、硬化することにより行われる。上記ワニスの塗布は、例えば、スピンコート法，ディッピング法，キャスティング法，インジェクション法，インクジェット法等により行われる。また、上記硬化は、アンダークラッド層２の形成材料や厚み等により適宜行われ、例えば、アンダークラッド層２の形成材料としてポリイミド樹脂が用いられる場合は、３００〜４００℃×６０〜１８０分間の加熱処理により行われ、アンダークラッド層２の形成材料として光重合性樹脂が用いられる場合は、１０００〜５０００ｍＪ／ｃｍ² の紫外線を照射した後、８０〜１２０℃×１０〜３０分間の加熱処理により行われる。そして、アンダークラッド層２の厚みは、通常、マルチモード光導波路の場合には、５〜５０μｍに設定され、シングルモード光導波路の場合には、１〜２０μｍに設定される。

つぎに、図２に示すように、上記アンダークラッド層２の表面に、コア３（図４参照）の形成材料である紫外線硬化型樹脂を塗布し、塗布層３ａを形成する。この紫外線硬化型樹脂は、上記アンダークラッド層２および下記オーバークラッド層４（図５参照）の形成材料よりも屈折率が大きい材料が用いられる。この屈折率の調整は、例えば、上記アンダークラッド層２，コア３，オーバークラッド層４の各形成材料の種類の選択や組成比率を調整して行うことができる。そして、上記塗布層３ａの形成は、特に制限されないが、例えば、紫外線硬化型樹脂が溶媒に溶解しているワニスをアンダークラッド層２上に塗布した後、乾燥することにより行われる。なお、上記ワニスの塗布は、上記と同様、例えば、スピンコート法，ディッピング法，キャスティング法，インジェクション法，インクジェット法等により行われる。また、上記乾燥は、５０〜１２０℃×１０〜３０分間の加熱処理により行われる。

そして、図３に示すように、上記乾燥させた塗布層３ａの表面を、透光性を有するカバーフィルムＣで覆い、その上に、所望のコア３（図４参照）パターンに対応する開口パターンが形成されているフォトマスクＭを設置する。その後、上記フォトマスクＭおよびカバーフィルムＣを介して、塗布層３ａに、波長３３０〜４００ｎｍの範囲内の紫外線Ｌを照射する。この照射された部分が、後にコア３となる。上記特定波長の紫外線Ｌは、通常の紫外線照射装置（例えば、ミカサ社製、ＭＡ−６０Ｆ）からの紫外線Ｌを、特定波長のみを透過させるフィルタ（例えば、オプトライン社製、バンドパスフィルタ）Ｆに透過させることにより得られる。紫外線Ｌの光源としては、例えば、低圧水銀灯，高圧水銀灯，超高圧水銀灯等があげられ、紫外線Ｌの照射量は、通常、１０〜１００００ｍＪ／ｃｍ² 、好ましくは、５０〜４０００ｍＪ／ｃｍ² である。

上記露光（紫外線Ｌの照射）後、フォトマスクＭおよびカバーフィルムＣを取り除く。その後、光反応を完結させるために、加熱処理を行う。この加熱処理は、７０〜２５０℃、好ましくは、８０〜２００℃にて、１０秒〜２時間、好ましくは、５分〜１時間の範囲内で行う。その後、現像液を用いて現像を行うことにより、塗布層３ａにおける未露光部分を溶解させて除去し、塗布層３ａをパターン形成する（図４参照）。そして、そのパターン形成された塗布層３ａ中の現像液を加熱処理により除去し、図４に示すように、コア３を形成する。この加熱処理は、通常、８０〜１２０℃×１０〜３０分間行われる。なお、現像は、例えば、浸漬法，スプレー法，パドル法等が用いられる。また、現像剤としては、例えば、有機系の溶媒，アルカリ系水溶液を含有する有機系の溶媒等が用いられる。このような現像剤および現像条件は、紫外線硬化型樹脂の組成によって、適宜選択される。

また、形成されるコア３の寸法は、特に限定されないが、光導波路をファイン化（コアパターンを小ピッチ化）する場合は、コア３の幅は、１０〜３０μｍの範囲内に設定され、コア３の高さ（厚み）は、１５〜９０μｍの範囲内に設定される。また、コア３の幅と高さの比は、幅：高さ＝１：１〜１：５の範囲内に設定される。さらに、隣り合うコア３とコア３の間の幅は、１０〜３０μｍの範囲内に設定される。このように、本発明では、コア３を、その幅に対して高さを高く形成しても、コア３の上部では、幅方向に膨らまない。このため、隣り合うコア３とコア３の間の幅を狭くしても、隣り合うコア３同士がその上部で接触しない。

つぎに、図５に示すように、上記コア３を包含するように、後にオーバークラッド層４となるワニスを、上記アンダークラッド層２と同様の材料を用い同様の方法で塗布する。つづいて行われる塗布層の硬化も、上記アンダークラッド層２を形成する場合と同様にして行われ、例えば、オーバークラッド層４の形成材料としてポリイミド樹脂が用いられる場合は、加熱処理が行われ、光重合性樹脂が用いられる場合は、紫外線照射した後に加熱処理が行われる。これにより、オーバークラッド層４が形成される。このオーバークラッド層４の形成材料としては、上記アンダークラッド層２と同様の材料があげられるが、そのうち、このオーバークラッド層４の形成材料は、上記アンダークラッド層２の形成材料と同じであってもよいし、異なっていてもよい。そして、オーバークラッド層４の厚みは、通常、マルチモード光導波路の場合には、５〜１００μｍに設定され、シングルモード光導波路の場合には、１〜２０μｍに設定される。

このようにして、基台１の表面に、アンダークラッド層２とコア３とオーバークラッド層４とからなる光導波路が形成される。

そして、上記光導波路を使用する際には、基台１をアンダークラッド層２から剥離して使用してもよいし、基台１を剥離することなく光導波路とともに使用してもよい。

図６は、本発明の光導波路の製造方法の他の実施の形態を示している。この実施の形態では、上記実施の形態の光導波路の製造方法において、アンダークラッド層２に代えて、平板状の基板５ａと、この基板５ａの表面に形成された金属薄膜５ｂとからなる基体５を用い、その金属薄膜５ｂの表面に、上記コア３およびオーバークラッド層４を形成している。そして、上記金属薄膜５ｂの表面は、コア３を通る光の反射面として作用する。それ以外の部分は、上記実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。そして、作用・効果も上記実施の形態と同様である。

より詳しく説明すると、上記基板５ａとしては、特に限定されないが、例えば、樹脂基板，ガラス基板，シリコン基板等があげられる。上記樹脂基板の形成材料としては、例えば、ポリエチレンナフタレート，ポリエステル，ポリアクリレート，ポリカーボネート，ポリノルボルネン，ポリイミド等があげられる。その厚みも、特に限定されないが、通常、２〜５ｍｍの範囲内に設定される。

上記金属薄膜５ｂの形成は、めっきまたは蒸着により形成される。その金属薄膜５ｂの形成材料としては、例えば、ニッケル，銅，銀，金，クロム，アルミニウム，亜鉛，錫，コバルト，タングステン，白金，パラジウムおよびこれらの２種以上の元素を含む合金材料等があげられる。その厚みは、特に限定されないが、通常、５０ｎｍ〜５μｍの範囲内に設定される。

この実施の形態の光導波路の製造方法は、まず、平板状の基板５ａを準備し、その基板５ａの表面に、めっきまたは蒸着により上記金属薄膜５ｂを形成する。そして、その金属薄膜５ｂの表面に、上記実施の形態と同様にして、コア３およびオーバークラッド層４を形成する。このようにして、上記光導波路が得られる。

なお、上記各実施の形態では、オーバークラッド層４を形成しているが、このオーバークラッド層４は必須ではなく、場合によってオーバークラッド層４を形成しないで光導波路を構成してもよい。また、上記オーバークラッド層４に代えて上記金属薄膜５ｂ（図６参照）と同様の金属薄膜をめっきまたは蒸着により形成してもよい。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。但し、本発明は、実施例に限定されるわけではない。

〔アンダークラッド層およびオーバークラッド層の形成材料〕
ビスフェノキシエタノールフルオレンジクリシジルエーテル（成分Ａ）３５重量部、（３’，４’−エポキシシクロヘキサン）メチル３’，４’−エポキシシクロヘキシル−カルボキシレート（成分Ｂ）４０重量部、脂環式エポキシ樹脂（ダイセル化学社製、セロキサイド２０２１Ｐ）（成分Ｃ）２５重量部、４，４−ビス〔ジ（βヒドロキシエトキシ）フェニルスルフィニオ〕フェニルスルフィド−ビス−ヘキサフルオロアンチモネートの５０％プロピオンカーボネート溶液（光酸発生剤：成分Ｄ）１重量部を混合することにより、アンダークラッド層およびオーバークラッド層の形成材料を調製した。

〔コアの形成材料〕
上記成分Ａ：７０重量部、１，３，３−トリス｛４−〔２−（３−オキセタニル）〕ブトキシフェニル｝ブタン：３０重量部、上記成分Ｄ：０．５重量部を乳酸エチル２８重量部に溶解することにより、コアの形成材料を調製した。

〔光導波路の作製〕
まず、ポリエチレンナフタレートフィルム〔基台：１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×１８８μｍ（厚み）〕の表面に、上記アンダークラッド層の形成材料をスピンコート法により塗布した後、紫外線照射装置（ミカサ社製、ＭＡ−６０Ｆ）を用いて２０００ｍＪ／ｃｍ² の紫外線照射を行った。つづいて、１００℃×１５分間の加熱処理を行うことにより、アンダークラッド層（厚み２０μｍ）を形成した。

そして、上記アンダークラッド層の表面に、上記コアの形成材料をスピンコート法により塗布した後、１００℃×５分間の乾燥処理を行った。ついで、その表面に、透光性を有するポリカーボネート製カバーフィルム（厚み４０μｍ）を設置し、さらにそのカバーフィルムの表面に、開口パターン（コアパターン）が形成された合成石英系のフォトマスクを設置した。そして、その上方から、上記紫外線照射装置による紫外線をバンドパスフィルタ（オプトライン社製）に透過させ、波長３５５〜３７５ｎｍの紫外線を得、その紫外線を４０００ｍＪ／ｃｍ² で照射した。ついで、上記フォトマスクおよびカバーフィルムを除去した後、８０℃×１５分間の加熱処理を行った。つぎに、γ−ブチロラクトン水溶液を用いて現像することにより、未露光部分を溶解除去した後、１００℃×１５分間の加熱処理を行うことにより、コア（幅２０μｍ、高さ８０μｍ、隣り合うコアとコアの間の幅２０μｍ）を形成した。形成されたコアにおいて、その幅は、高さ方向で均一であり、隣り合うコア同士で接触することはなかった。

ついで、上記コアを包含するように、上記オーバークラッド層の形成材料をスピンコート法により塗布した後、上記紫外線照射装置を用いて２０００ｍＪ／ｃｍ² の紫外線照射を行った。つづいて、１２０℃×１５分間の加熱処理を行うことにより、オーバークラッド層（アンダークラッド層表面からの厚み１００μｍ）を形成した。

このようにして、上記基台上に、アンダークラッド層，コアおよびオーバークラッド層が、この順で積層されてなる光導波路を製造することができた。

上記実施例１において、開口パターンの異なるフォトマスクを用いることにより、寸法の異なるコア（幅１２μｍ、高さ４８μｍ、隣り合うコアとコアの間の幅１２μｍ）を形成した。それ以外は上記実施例１と同様とした。

この実施例２も、形成されたコアにおいて、その幅は、高さ方向で均一であり、隣り合うコア同士で接触することはなかった。

上記実施例１において、別のバンドパスフィルタ（オプトライン社製）を用いることにより、コアの形成材料の塗布層に照射する紫外線の波長を３３０〜４００ｎｍとした。それ以外は上記実施例１と同様とした。

この実施例３も、形成されたコアにおいて、その幅は、高さ方向で均一であり、隣り合うコア同士で接触することはなかった。

〔比較例１〕
上記実施例１において、バンドパスフィルタを用いずに紫外線（波長２４０〜４４０ｎｍ）を照射し、コア（高さ８０μｍ）を形成した。それ以外は上記実施例１と同様とした。

この比較例１では、形成されたコアが上部で幅方向に膨らみ、隣り合うコア同士で接触した。

〔比較例２〕
上記実施例２において、バンドパスフィルタを用いずに紫外線（波長２４０〜４４０ｎｍ）を照射し、コア（高さ４８μｍ）を形成した。それ以外は上記実施例２と同様とした。

この比較例２でも、形成されたコアが上部で幅方向に膨らみ、隣り合うコア同士で接触した。

〔比較例３〕
上記実施例３において、さらに別のバンドパスフィルタ（オプトライン社製）を用いることにより、コアの形成材料の塗布層に照射する紫外線の波長を３１０〜４００ｎｍとした。それ以外は上記実施例３と同様とした。

この比較例３でも、形成されたコアが上部で幅方向に膨らみ、隣り合うコア同士で接触した。

上記実施例１〜３および比較例１〜３の結果から、コアの形成において、実施例１〜３のように、照射する紫外線の波長を３３０〜４００ｎｍの範囲内に設定すると、形成されたコアの幅は、高さ方向で均一となり、比較例１〜３のように、照射する紫外線に３３０ｎｍを下回る波長が含まれていると、コアが上部で幅方向に膨らむことがわかる。

本発明の光導波路の製造方法の一実施の形態を模式的に示す断面図である。 上記光導波路の製造方法を模式的に示す断面図である。 上記光導波路の製造方法を模式的に示す断面図である。 上記光導波路の製造方法を模式的に示す断面図である。 上記光導波路の製造方法を模式的に示す断面図である。 本発明の光導波路の製造方法の他の実施の形態を模式的に示す断面図である。 従来の光導波路の製造方法を模式的に示す断面図である。

符号の説明

２ アンダークラッド層
３ａ 塗布層
Ｌ 紫外線

Claims (4)

1. 平板状の基体の表面に、紫外線硬化型樹脂を塗布した後、その塗布層に対して紫外線を所定パターンに照射し、その照射した部分を硬化させてコアに形成する工程を備えた光導波路の製造方法であって、上記紫外線が、波長３３０〜４００ｎｍの範囲内の紫外線であることを特徴とする光導波路の製造方法。
2. 上記コアの幅が１０〜３０μｍの範囲内であり、コアの高さが１５〜９０μｍの範囲内である請求項１記載の光導波路の製造方法。
3. 上記コアの幅と高さの比が幅：高さ＝１：１〜１：５の範囲内である請求項１または２記載の光導波路の製造方法。
4. 隣り合うコアとコアの間の幅が１０〜３０μｍの範囲内である請求項１〜３のいずれか一項に記載の光導波路の製造方法。

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