JP2009075287A - 高分子光回路の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光回路における導波路コアパターンの自由度が維持されるとともに、光回路に挿入されたフィルタ類が本来の性能を発揮しうるような高分子光回路を提供できる高分子光回路の製造方法の提供。
【解決手段】導波路コア２と導波路コア２の両端部を連通する連通流路１２Ａ、１２Ｂとに対応する凹部を一方の面に有し、導波路コア２に交差するように形成され、光学フィルタ３が挿入される光学フィルタ挿入孔１３を有する鋳型１１を、鋳型形成用エラストマを型に注入して硬化させることにより形成し、鋳型１１の前記一方の面に、クラッド基材１５を密着させ、コア形成用硬化樹脂を鋳型１１の凹部１２に注入し、光学フィルタ挿入孔１３に光学フィルタ３を挿入し、コア形成用硬化樹脂を硬化させて導波路コア２を形成し、鋳型１１を除去し、クラッド４の残りの部分を形成する高分子光回路の製造方法。
【選択図】図７

Description

本発明は高分子光回路の製造方法に関する。

高分子光回路の製造方法としては、（１）フィ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、このフィルムを張り合わせる方法（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。

中でも、導波路コアのパターンに対応する凹部を形成したシリコーンゴム鋳型における凹部を形成した側の面にクラッド用フィルムを密着させ、前記凹部に導波路コア形成用樹脂を注入して硬化させ、前記クラッド用フィルムの表面に導波路コアを形成する方法が、導波路コアの透過損失が少ない高分子光回路が低コストで作製できる方法として注目されている（特許文献１、２）

更に、前記高分子光回路において、導波路コア上に反射鏡や各種フィルタなどの光学素子を設ける方法として、導波路コア形成用樹脂を注入して硬化させて導波路コアを形成した後に、シリコーンゴム鋳型の表面から導波路コアを切断するように前記光学素子を挿入するための孔または溝を形成し、前記孔または溝に光学素子を挿入した後に前記光学素子を導波路コアと光接合する方法が提案された（特許文献３）

また、高分子導波路を形成した基板にダイシングソーやレーザなどによって溝を形成し、形成された溝に光学フィルタを挿入する方法も提案されている（特許文献４）
特開２００４−８６１４４号公報 特開２００６−１２６５６８号公報 特開２００４−１０９９２６号公報 特開２００２−２４３９６０号公報

光学素子が波長選択フィルタのようなフィルタ類の場合、これらのフィルタ類は、一般的に大きなクラッド基材やガラス基材に誘電体多層膜を積層した後、ダイシングソーなどによって所定の大きさに裁断することにより製造される。したがって、ダイシングソーの切断面近傍は光学特性が損なわれる可能性があるため、フィルタを使用するときは、切断面よりも最低１０μｍ、好ましくは１００μｍ内側の部分を使用する必要がある。

しかしながら、特許文献３に記載されているように、シリコーンゴム鋳型の凹部に注入した導波路コア形成用樹脂を硬化させて導波路コアを硬化させた後に、シリコーンゴム鋳型に導波路コアを切断するような溝を形成し、この溝にフィルタ類を挿入したのでは、前記フィルタ類の切断面近傍部分が導波路コアにかかる。これは、前記フィルタ類が波長選択フィルタの場合には波長選択性能を低下させることに繋がる。

また、高分子導波路を形成した高分子導波路基板にフィルタ類を挿入するための溝を追加工すると工数が増加してコストが上昇する。また、導波路パターンと追加工方法の組合せも限定される。

前記高分子導波路基板に溝を加工する方法としてはダイシングソーによるハーフカットが一般的であるが、ダイシングソーによる加工では局所的な加工は不可能であり、基板全体がハーフカットされる。したがって、導波路パターンは、基板のハーフカットされる部分を避けるように形成する必要があるので、導波路パターンの自由度が限定される。

エキシマレーザによるレーザアブレーション加工によれば、前記高分子導波路基板を局所的にハーフカットすることは可能であるが、アスペクト比の大きな加工はレーザアブレーション加工では困難なため、導波路コア径および導波路全体の厚みの大きな導波路パターンを有する高分子導波路基板においては必要な加工精度を得ることが困難であった。そのため、挿入したフィルタ類が本来の性能を発揮しないという問題があった。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、光回路における導波路コアパターンの自由度が維持されるとともに、光回路に挿入されたフィルタ類が本来の性能を発揮しうるような高分子光回路を提供できる高分子光回路の製造方法の提供を目的とする。

請求項１に記載の発明は、導波路コアとそれを囲繞するクラッドと前記導波路コアに交差するように設けられた光学フィルタとを備える高分子光回路の製造方法であって、導波路コアと導波路コアの両端部を夫々連通する連通流路とに対応する凹部を一方の面に有し、前記導波路コアと前記一方の面とは反対側の他方の面とを貫通するとともに前記導波路コアに交差するように形成され、光学フィルタが挿入される光学フィルタ挿入孔を有する鋳型を、鋳型形成用エラストマを型に注入して硬化させることにより形成し、前記鋳型の前記一方の面に、前記クラッドの一部を構成するクラッド基材を密着させ、前記導波路コアを形成するための硬化性樹脂であるコア形成用硬化樹脂を前記鋳型の注入孔から凹部に注入し、前記鋳型に導波路コア成形樹脂を注入する前、または注入した後に、光学フィルタ挿入孔に光学フィルタを挿入し、前記光学フィルタ挿入孔に光学フィルタを挿入した後に、注入したコア形成用硬化樹脂を硬化させて導波路コアを形成し、前記導波路コアが形成されたら鋳型を除去し、前記クラッド基材における導波路コアが形成された側の面に前記クラッドの残りの部分を形成する高分子光回路の製造方法に関する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の高分子光回路の製造方法において、前記クラッド基材を前記鋳型に密着させる前、または密着させた後に、前記クラッド基材における光学フィルタ挿入孔に対応する位置に、前記光学フィルタを挿入するための光学フィルタ挿入溝を形成するものに関する。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の高分子光回路の製造方法において前記クラッド基材を前記鋳型に密着させた後に、レーザアブレーション加工により前記光学フィルタ挿入溝を形成するものに関する。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の高分子光回路の製造方法において、前記光学フィルタ挿入溝の深さが１０μｍ以上であるものに関する。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載の高分子光回路の製造方法において、光学フィルタを前記光学フィルタ挿入孔に挿入した後に導波路コア成形樹脂を注入するものに関する。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載の高分子光回路の製造方法において、前記クラッド基材における光学フィルタ挿入孔に対応する部分を硬化性樹脂で形成し、前記光学フィルタを前記光学フィルタ挿入孔から挿入し、前記光学フィルタにおける挿入方向先端縁部が前記クラッド基材における硬化性樹脂で形成された部分に挿入されたら、前記部分を形成する硬化性樹脂を硬化させるものに関する。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の高分子光回路の製造方法において、前記クラッド基材における光学フィルタ挿入孔に対応する部分を形成する硬化性樹脂を硬化させた後に導波路コア成形樹脂を注入するものに関する。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜７の何れか１項に記載の高分子光回路の製造方法において、前記導波路コアの高さが７０〜２００μｍに設定されているものに関する。

以上説明したように、本発明によれば、導波路コアのパターンの制限が従来に比較して少ない高分子光回路の製造方法が提供される。

本発明の高分子光回路の製造方法においては、前述したように、鋳型にポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などのポリジアルキルシロキサンを用いているから、クラッド基材との密着性に優れている。したがって、両者は、何ら特別な手段で固着させなくても互いに密着するから、鋳型とクラッド基材の間には、鋳型に形成された凹部構造以外には空隙が生ずることがない。故に、前記鋳型に注入されたコア形成用樹脂は、前記凹部とクラッド基材との間に形成される空間にのみ進入し、他の部分には侵入しない。また、前記鋳型とクラッド基材とは、互いに密着させた後の剥離製にも優れている。更に、前記鋳型は、ポリジメチルシロキサンによって形成されるから、前記鋳型には、微細な構造も高精度で写し取られる。故に、本発明の高分子光回路の製造方法によれば、高精度且つ微細な導波路パターンを有する高分子光が単純な工程で作製できる。

また、光学フィルタ挿入孔に光学フィルタを挿入してからコア形成用樹脂を硬化させているから、導波路コア形成後にダイシングソーによるハーフカットやレーザアブレーション加工によって光学フィルタ挿入孔を形成する場合に比較して導波路パターンの制限が小さい。

以下、本発明の高分子光回路の製造方法の具体例について説明する。

１．実施形態１
実施形態１に係る製造方法は、以下の工程、即ち
（１）鋳型を作製する工程
（２）鋳型とクラッド基材とを密着させる工程
（３）コア形成用樹脂を鋳型に注入する工程、
（４）光学フィルタを挿入する工程、および
（５）鋳型に注入したコア形成用樹脂を硬化させる工程
を有する。

以下、各工程について説明する。

（１）鋳型を作製する工程
鋳型の作製は、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、これに限定されるものではない。以下では、原盤を用いる方法について説明する。

＜原盤の作製＞
先ず、図２および図３の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、導波路コア２と導波路コア２の夫々の端部に連通する一対の連通流路１２Ａ、１２Ｂとに対応する凸部５をシリコン基板６上に形成した原盤１０を作製する。なお、図２、図３の（Ａ）に示すように、連通流路１２Ａ、１２Ｂの一方はコア形成用樹脂を注入する注入流路であり、連通流路１２Ａ、１２Ｂの他方は注入流路から注入されたコア形成用樹脂が排出される排出流路である。シリコン基板６としては、シリコン基板やガラス基板、石英基板などが使用される。

原盤１０の作製には、通常の方法、たとえばフォトリソグラフィー法を特に制限なく用いることができる。特に通常厚膜レジストと呼ばれるフォトレジスト材料を用いた場合には２００μｍ程度までの凸部パターンを容易に形成できる。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できる。原盤１０に形成される凸部５のうち導波路コア２に対応する部分の幅および高さは高分子光回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導波路コアの場合には、凸部５の断面寸法は１０μｍ角程度とされ、マルチモード用の導波路コアの場合には、凸部５の断面寸法は５０〜１００μｍ角程度とされる。また、高分子光回路の用途によっては凸部５の高さおよび幅は、数百μｍ程度と更に大きくすることもできる。

前記凸部５のうち、光学フィルタ挿入孔に対応する部分である凸部５Ａは、光学フィルタ３が挿入できるだけの幅を有する。具体的には、光学フィルタ３の位置を正確に定めるためと、光学フィルタ３において性能が不十分な可能性のある周縁部を使用しないため、凸部５Ａは、導波路コア２よりも大きな幅を有している。

＜鋳型の作製＞
鋳型１１は、図４の（Ａ）に示すように、原盤１０の凸部５が形成された面に鋳型形成用エラストマを塗布したり、同図の（Ｂ）に示すように、原盤１０の周囲に壁１０Ａを形成し、原盤１０の凸部５が形成された側の面と壁１０Ａの内周面とで形成される空間に前記鋳型形成用エラストマを注型したりし、必要に応じ乾燥処理をした後、同図の（Ｃ）に示すように鋳型形成用エラストマを硬化させることにより、作製される。

凸部５に対応する凹部にコア形成用樹脂を充填するための注入口、及び凹部に注入されたコア形成用樹脂を排出させる排出口の形成方法は特に制限はなく、たとえば、原盤１０に予め連通流路１２Ａや連通流路２Ｂに前記注入口および排出口に対応する凸部５を形成しておいてもよいし、原盤１０に鋳型形成用エラストマの硬化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注入口及び排出口を形成してもよい。

前記硬化層の厚さは、鋳型としての取り扱い性を考慮して適宜決められるが、一般的に０．５〜５０ｍｍ程度が適切である。

また、原盤１０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１１との剥離を促進することが望ましい。

鋳型形成用エラストマは、その硬化物が、後述する光学フィルタ挿入孔１３を形成後に原盤１０から容易に剥離できること、鋳型１１（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、クラッド基材１５との密着性が良好なことが好ましい。鋳型形成用エラストマには、必要に応じて各種添加剤を加えることができる。

鋳型形成用エラストマは、原盤の表面に塗布や注型等することが可能で、また、原盤１０に形成された個々の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。（なお、本発明において用いる「鋳型形成用エラストマ」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、溶剤の悪影響が出ない程度に加えることができる。

鋳型形成用エラストマとしては、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、強度及び硬度の点から好ましい。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は、クラッド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、鋳型と、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、導波路コア２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。

さらに、鋳型の表面エネルギーは、１０ｄｙｎ／ｃｍ〜３０ｄｙｎ／ｃｍ、好ましくは１５ｄｙｎ／ｃｍ〜２４ｄｙｎ／ｃｍの範囲にあることが、基材フィルムとの密着性の点からみて好ましい。
鋳型のシェア（Ｓｈａｒｅ）ゴム硬度は、１５〜８０、好ましくは２０〜６０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。
鋳型の表面粗さ（自乗平均粗さ（ＲＭＳ））は、０．５μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以下にすることが、型取り性能の点からみて好ましい。

また、鋳型は、紫外領域及び／又は可視領域において光透過性であることが好ましい。鋳型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）の工程において鋳型をクラッド用クラッド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樹脂が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うるからである。また、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、コア形成用樹脂として紫外線硬化性樹脂を用いる場合に、鋳型を透して紫外線硬化を行うためであり、鋳型の、紫外領域（２５０ｎｍ〜４００ｎｍ）における透過率が８０％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、後述するクラッド基材１５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１１は高精度に原盤１０を写し取り、クラッド基材に良く密着するため、鋳型１０とクラッド基材１５の間の凹部１２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１５と鋳型１１の剥離も容易である。したがって、この鋳型１１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。

＜光学フィルタ挿入孔の形成＞
鋳型形成用エラストマが硬化したら、図５に示すように、原盤１０に形成された凸部５Ａに対応する部分に光学フィルタ挿入孔１３を穿設する。光学フィルタ挿入孔１３は、たとえばレーザアブレーション加工によって穿設できるし、機械的な方法で穿設してもよい。なお、光学フィルタ挿入孔１３は、光学フィルタ３の挿入作業の容易さを考慮して上方に向かって拡大する錐状に形成することが好ましい。また、原盤１０の凸部５Ａを、光学フィルタ挿入孔１３に対応する形状とすれば、光学フィルタ挿入孔１３を穿設する作業は省略できる。

これらの一連の工程によって形成された鋳型１１は、図６に示すように、原盤１０の凸部５、連通流路１２Ａ、および連通流路２Ｂに対応する形状の凹部１２と、凹部１２における凸部５Ａに対応する部分に穿設された光学フィルタ挿入孔１３とを有する。

鋳型１１が形成されたら、図６に示すように、凹部１２における連通流路１２Ａおよび連通流路２Ｂの末端に対応する部分に夫々貫通孔７Ａ、７Ｂを穿設する。貫通孔７Ａ、７Ｂはカッタやパンチャを用いて穿設してもよく、レーザアブレーション加工によって穿設してもよい。

貫通孔７Ａ、７Ｂを穿設したら、鋳型１１を原盤１０から剥離する。

（２）鋳型とクラッド基材とを密着させる工程
鋳型１１を原盤１０から剥離したら、図７において（１）に示すように、鋳型１１の凹部１２を形成した側の面をクラッド基材１５と密着させる。

本発明の高分子光回路は、カプラー、ボード間の光配線や光分波器等として使用しうるので、クラッド基材１５の材質は、前記用途に応じ、屈折率、光透過性等の光学的特性、機械的強度、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。

クラッド基材１５としては、可撓性を有するフィルム状の基材が好ましいが、用途によっては剛直な基材であっても良い。

可撓性のクラッド基材１５としては脂環式アクリル樹脂フィルム、脂環式オレフィン樹脂フィルム、三酢酸セルロースフィルム、含フッ素樹脂フィルム等が挙げられる。クラッド基材の屈折率は、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。

前記脂環式アクリル樹脂フィルム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フィルム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、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。

また、前記クラッド基材１５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０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度が好ましい。

（３）コア形成用樹脂を鋳型に注入する工程、
鋳型１１にクラッド基材１５を密着させたら、図７において（２）に示すように貫通孔７Ａから鋳型１１にコア形成用樹脂を注入する。このとき、光学フィルタ挿入孔１３は塞ぎ板１６で塞いでおく。

貫通孔７Ａから注入されたコア形成用樹脂は、毛細管現象により鋳型１１の凹部１２に充填され貫通孔７Ｂから排出される。コア形成用樹脂としては放射線硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂、および熱硬化性樹脂の何れも用いることができ、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。

コア形成用樹脂として使用される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。

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。

コア形成用樹脂は、毛細管現象により鋳型１１の凹部１２とクラッド基材１５との間に形成された空隙に充填させるため、十分低粘度であることが必要である。したがって、前記硬化性樹脂の粘度は、１０ｍPa・ｓ〜２０００ｍＰａ・ｓ、望ましくは２０ｍPa・ｓ〜１０００ｍＰａ・ｓ、更に好ましくは３０ｍPa・ｓ〜５００ｍＰａ・ｓにするのが好ましい。

このほかに、原盤１１に形成された導波路コア２に対応する凸部５が有する元の形状を高精度に再現できるように、前記コア形成用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の原因になる。したがって、前記コア形成用樹脂は、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６％以下であるのが望ましい。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。

コア形成用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。

コア形成用樹脂の硬化物の屈折率は、クラッドとなる前記クラッド基材１５より大きいことが必要で、１．５０以上、好ましくは１．５３以上である。クラッド（以下の５）の工程におけるクラッド層を含む）とコアの屈折率の差は、０．０１以上、好ましくは０．０２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樹脂の凹部１２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、コア形成用樹脂を加熱することによって低粘度化することも有効な手段である。

（４）光学フィルタを挿入する工程
鋳型１１の凹部１２にコア形成用樹脂が充填されたら、図７において（３）に示すように塞ぎ版１６を除去し、光学フィルタ挿入孔１３に光学フィルタ３を挿入する。光学フィルタ３としては、たとえば波長選択フィルタやハーフミラーなどが使用される。

光学フィルタ挿入孔１３に挿入された光学フィルタ３は、凹部１２に充填されているコア形成用樹脂を押し退ける形で挿入される。また、光学フィルタ挿入孔１３は導波路コア２よりも幅が広く形成され、しかも光学フィルタ３を挿入する際のガイドとして機能するから、挿入された光学フィルタ３と凹部１２における導波路コア２に対応する部分との間の角度のずれが生じることが防止される。なお、前記角度のずれをより小さくするためには、光学フィルタ３の高さを高くすることが好ましい。なお、光学フィルタの高さは７０μｍ以上有れば、実質的な角度誤差が生じることなく光学フィルタ３を挿入できる。

（５）鋳型に注入したコア形成用樹脂を硬化させる工程
光学フィルタ挿入孔１３に光学フィルタ３を挿入したら、図７において（４）に示すように凹部１２に充填されたコア形成用樹脂を硬化させる。

コア形成用樹脂の硬化は、注入したコア形成用樹脂の種類に応じて熱、紫外線、放射線、電子線などが使用される。前記コア形成用樹脂として紫外線硬化性樹脂を用いたときは、紫外線ランプ、紫外線ＬＥＤ，ＵＶ照射装置などによって硬化させることができる。また、熱硬化性樹脂を用いたときは、鋳型１１をオーブン中で加熱するなどの手段によって硬化させることができる。

コア形成用樹脂が硬化したら、図７において（５）に示すように鋳型１１を除去し、（６）に示すようにクラッド基材１５の導波路コア２が形成された面にクラッド層１７を形成する。クラッド層１７は、クラッド基材１５と同様のフィルムを積層して形成しても良く、紫外線硬化性樹脂、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、放射線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂などの硬化性樹脂を流延して硬化させてもよい。但し、前記硬化性樹脂は、硬化物の屈折率が導波路コア２よりも小さく、好ましくはクラッド基材１５と同様であることが好ましい。

クラッド層１７が形成されたら周囲をダイシングソーなどによって切断、除去し、高分子光回路１とする。

２．実施形態２
実施形態２に係る製造方法においては、実施形態１に係る製造方法と同一の手順で鋳型１１を作製し、クラッド基材１５と密着させる。次いで、図８において（１）に示すように、光学フィルタ挿入孔１３からレーザ光を入射してレーザアブレーション加工によってクラッド基材１５に光学フィルタ挿入溝１８を形成する。

光学フィルタ挿入溝１８を形成したら、図８の（２）〜（６）に示すように、鋳型１１の凹部１２にコア形成用樹脂を注入し、光学フィルタ挿入孔１３に光学フィルタ３を挿入した後、注入したコア形成用樹脂を硬化させる。そして鋳型１１を除去してクラッド層１７を形成し、周囲をダイシングソーなどによって切断、除去し、高分子光回路１とする。コア形成用樹脂を注入する工程およびそれ以降の工程は、実施形態１のところで述べたとおりである。

３．実施形態３
実施形態３に係る製造方法においても、実施形態１に係る製造方法と同一の手順で鋳型１１を作製する。同時に、図９において（１）に示すように、基材２０に液状の紫外線硬化性樹脂を塗布し、紫外線感光層２１を形成する。そして同図の（２）に示すように光学フィルタ３を挿入する箇所についてはマスク２２で紫外線を遮断した状態で紫外線感光層を紫外線で照射して硬化させる。これにより、同図の（３）に示すように、マスク２２に対応する部分が未硬化部１５Ａであるクラッド基材１５が形成される。

クラッド基材１５が形成されたら、同図の（４）に示すようにクラッド基材１５と鋳型１１とを密着させ、同図の（５）に示すように光学フィルタ挿入孔１３を塞ぎ版１６で塞いで凹部１２にコア形成用樹脂を注入する。

凹部１２にコア形成用樹脂を注入したら、同図の（６）に示すように光学フィルタ挿入孔１３から光学フィルタ３を未硬化部１５Ａに向かって挿入する。

光学フィルタ３を挿入したら、同図の（７）に示すようにコア形成用樹脂を硬化させて導波路コア２を形成する。このとき、未硬化部１５Ａも硬化してクラッド基材１５と一体化する。

コア形成用樹脂が硬化したら、同図の（８）および（９）に示すように鋳型１１を除去してクラッド層１７を形成し、周囲をダイシングソーなどによって切断、除去して高分子光回路１とする。

以下、実施例により本発明を更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。

１．実施例１
高分子光回路１として、図１に示すように、導波路コア２として、分岐角度２０度の分岐部に、光学フィルタ３としてポリイミド基板に誘電体多層膜を着膜した幅１ｍｍ、厚さ２５μｍの波長選択フィルタを挿入したＷＤＭ部２Ａと、４分岐スプリッタ２Ｂとが並列に存在するものを形成した。導波路コア２の径は９０μｍとした。なお、波長選択フィルタは、７９０ｎｍと８５０ｎｍの２波長を分離でき、フィルタ面に垂直に入射した光の分離比は４０ｄＢである。

厚膜レジストパターンとして、図２に示すように、ＷＤＭ部２Ａと４分岐スプリッタ２Ｂとに対応するパターンと、ＷＤＭ部２Ａに設けられた光学フィルタ３に対応する幅１．１ｍｍ、厚さ３０μｍ、高さ９０ミクロンのパターンを４個並べて両端を連通流路１２Ａ、１２Ｂで結合したパターンを有するレジストフォトマスクを作製した。

次いで、図３に示すように、シリコン基板６（直径５インチ）の表面に厚膜レジスト（ＳＵ−８：マイクロケミカル（株）製）をスピンコート法で塗布した後、８０℃でプリベークし、前記レジストフォトマスクを通して露光した後現像し、上記パターンに対応する形状の凸部５を形成した。次にシリコン基板６を１２０℃でポストベークし、断面が１辺９０μｍの正方形状の凸部５を有する原盤１０を作成した。

次に、原盤１０に離型剤としてノルマルヘキサンを塗布し、熱硬化性ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）エラストマ（商品名：ＳＹＬＧＡＲＤ１８４、ダウコーニング・アジア社製）を流し込み、１２０℃で３０分加熱して硬化させた。そして原盤１０を剥離して凸部５に対応する形状の凹部１２を有する厚さ５ｍｍの鋳型１１を形成した。

鋳型１１の凹部１２における連通流路１２Ａ、１２Ｂの端部に対応する位置にパンチで貫通孔７Ａ、７Ｂを穿設した。更に、ＮＣ制御ルータにより、鋳型１１における凹部１２が形成された側とは反対側の面から凹部１２に向かって光学フィルタ挿入孔１３を穿設し、図６に示すような鋳型１１を作製した。凹部１２によって形成される導波路構造を傷つけないためと、光学フィルタ３を挿入する際の作業性を高めるため、光学フィルタ挿入孔１３は入口の直径が２ｍｍのテーパ形状とした。鋳型１１の表面エネルギーは２０ｍＮ／ｍであり、ショア硬度は４５度、自乗平均粗さＲｑは０．０５μｍであった。

また、光学フィルタ挿入孔１３に対応する形状の型部材を厚膜レジスト上に配置してからＰＤＭＳエラストマを流し込み、硬化させることによっても同様の鋳型１１が得られた。

次に、図７に示すように、クラッド基材１５として鋳型１１よりも一回り大きなアートンフィルム（ＪＳＲ（株）製、ノルボルネン樹脂フィルム、膜厚１８８μｍ、屈折率１．５１）と鋳型１１の凹部１２を形成した側の面とを接触させたところ、両者は密着した。

この状態で、粘度が３００ｍＰａ・ｓのエポキシ系紫外線硬化性樹脂（ＮＴＴ−ＡＴ社製）を貫通孔７Ａから注入し、塞ぎ板１６としてＰＥＴフィルムを光学フィルタ挿入孔１３の入口に被せて塞いだ。この状態で貫通孔７Ｂから１００ｈＰａの負圧で吸い出すことにより、エポキシ系紫外線硬化性樹脂を鋳型１１の凹部１２とクラッド基材１５とで形成される空間に満たした。エポキシ系紫外線硬化性樹脂は約３分で凹部１２全体に充填された。凹部１２をエポキシ系紫外線硬化性樹脂で充填後、塞ぎ板１６を外し、光学フィルタ挿入孔１３に光学フィルタ３を挿入した。

光学フィルタ１３を挿入後、光強度が５０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を鋳型１１を通して１０分間照射して凹部に充填されたエポキシ系紫外線硬化性樹脂を硬化させた。エポキシ系紫外線硬化性樹脂が硬化した後、鋳型１１を剥離したところ、クラッド基材１５の表面に原盤１０の凸部５と同一の形状の導波路コア２が形成された。導波路コア２の屈折率は１．５３であった。

次に、クラッド基材１５の導波路コア２を形成した側の面に、屈折率がアートンフィルムと同一の１．５１である紫外線硬化性樹脂（ＮＴＴ−ＡＴ社製）を塗布し、光強度が５０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を１０分間照射して硬化させ、厚みが０．３ｍｍのクラッド層１７を形成した。最後に、ダイシングソーによって外形加工を行い、高分子光回路１とした。

得られた高分子光回路１におけるＷＤＭ部２Ａの波長分離比は２２ｄＢであり、４分岐スプリッタ２Ｂの過剰損失は１ｄＢであった。

２．実施形態２
図８に示すように鋳型１１とクラッド基材１５とを密着させた後、光学フィルタ挿入孔１３からエキシマレーザ光を照射して光学フィルタ挿入孔１３に沿って深さ１０μｍの光学フィルタ挿入溝１８を加工した以外は、実施形態１と同様にして高分子光回路１を作製した。

作製された高分子光回路１においては、波長選択フィルタとしての性能が発揮できない光学フィルタ３の周縁部が導波路コアにかからなくなったので、ＷＤＭ部２Ａの波長分離は２７ｄＢと向上した。

３．実施形態３
図９に示すように、アートンフィルムからなる基材２０に予め屈折率１．５１の紫外線硬化性樹脂をスピンコートして厚み２０μｍの紫外線感光層２１を形成した。そして、光学フィルタ挿入孔１３に対応する部分が隠れるようにしたマスク２２を通して光強度が５０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を１０分間照射して硬化させ、未硬化部１５Ａを有するクラッド基材１５を作製した。

作製されたクラッド基材１５を鋳型１１と密着させ、実施例１と同様の工程を行い、高分子光回路１を作製した。

作製された高分子光回路１においては、波長選択フィルタとしての性能が発揮できない光学フィルタ３の周縁部が導波路コアにかからなくなったので、ＷＤＭ部２Ａの波長分離比は２８ｄＢと向上した。

４．比較例１
光学フィルタ挿入孔を設けなかった以外は実施例１と同様の手順で導波路コア２およびクラッド４を形成した後、実施例２で使用したエキシマレーザによるレーザアブレーション加工によって光学フィルタ挿入孔１３を形成した。レーザアブレーション加工によってアスペクト比が１０：１の光学フィルタ挿入孔１３を形成することができたが、光学フィルタ挿入孔１３全体に焦げおよび角度誤差が発生した。この光学フィルタ挿入孔１３に光学フィルタ３を挿入した高分子光回路１においては、ＷＤＭ部２Ａの波長分離比は１５ｄＢと、十分な波長分離が得られなかった。

５．比較例２
光学フィルタ挿入孔を設けなかった以外は実施例１と同様の手順で導波路コア２およびクラッド４を形成した後、ダイシングソーによって光学フィルタ挿入孔１３を形成した。形成された光学フィルタ挿入孔１３は形状は良好であったものの、４分岐スプリッタ２Ｂにも溝が形成された。この光学フィルタ挿入孔１３に光学フィルタ３を挿入した高分子光回路１においては、ＷＤＭ部２Ａの波長分離は３０ｄＢと良好であったものの、４分岐スプリッタ２Ｂの損失は２ｄＢと実施例１〜３に比較して悪化した。

６．比較例３
実施例１において導波路コア２の径を４０μｍとしたところ、光学フィルタ挿入孔１３に光学フィルタ３を挿入する際に角度誤差が生じた。この高分子光回路１においては、波長選択フィルタとしての性能が発揮できない光学フィルタ３の周縁部が導波路コア２にかかったので、ＷＤＭ部２Ａの波長分離は１８ｄＢと実施例１〜３よりも悪化した。

図１は、実施例１〜３で作製した高分子光回路の構成を示す平面図である。 図２は、図１に示す高分子光回路を作製するための鋳型用の原盤を形成するのに使用したレジストフォトマスクのパターンを示す平面図である。 図３は、図１に示す高分子光回路を作製するための鋳型用の原盤の構成を示す平面図および側面図である。 図４は、鋳型を作製する手順の一部を示す説明図である。 図５は、鋳型を作成する手順の残りを示す説明図である。 図６は、鋳型の構成を示す平面図および断面図である。 図７は、図６に示す鋳型を用いて高分子光回路を作製する手順の一例を示すフロー図である。 図８は、図６に示す鋳型を用いて高分子光回路を作製する手順の別の例を示すフロー図である。 図９は、図６に示す鋳型を用いて高分子光回路を作製する手順の更に別の例を示すフロー図である。

符号の説明

１ 高分子光回路
２ 導波路コア
２Ａ ＷＤＭ部
２Ｂ ４分岐スプリッタ
３ 光学フィルタ
４ クラッド層
５ 凸部
６ シリコン基板
７Ａ 貫通孔
７Ｂ 貫通孔
１０ 原盤
１１ 鋳型
１３ 光学フィルタ挿入孔
１５ クラッド基材
１５Ａ 未硬化部
１７ クラッド層
１８ 光学フィルタ挿入溝
２０ 基材
２１ 紫外線感光層
２２ マスク

Claims (8)

1. 導波路コアとそれを囲繞するクラッドと前記導波路コアに交差するように設けられた光学フィルタとを備える高分子光回路の製造方法であって、
   導波路コアと前記導波路コアの両端部を夫々連通する連通流路とに対応する凹部を一方の面に有し、前記導波路コアと前記一方の面とは反対側の他方の面とを貫通するとともに前記導波路コアに交差するように形成され、光学フィルタが挿入される光学フィルタ挿入孔を有する鋳型を、鋳型形成用エラストマを型に注入して硬化させることにより形成し、
   前記鋳型の前記一方の面に、前記クラッドの一部を構成するクラッド基材を密着させ、
   前記導波路コアを形成するための硬化性樹脂であるコア形成用硬化樹脂を前記鋳型の注入孔から凹部に注入し、
   前記鋳型に導波路コア成形樹脂を注入する前、または注入した後に、光学フィルタ挿入孔に光学フィルタを挿入し、
   前記光学フィルタ挿入孔に光学フィルタを挿入した後に、注入したコア形成用硬化樹脂を硬化させて導波路コアを形成し、
   前記導波路コアが形成されたら鋳型を除去し、
   前記クラッド基材における導波路コアが形成された側の面に前記クラッドの残りの部分を形成する
   高分子光回路の製造方法。
2. 前記クラッド基材を前記鋳型に密着させる前、または密着させた後に、前記クラッド基材における光学フィルタ挿入孔に対応する位置に、前記光学フィルタを挿入するための光学フィルタ挿入溝を形成する請求項１に記載の高分子光回路の製造方法。
3. 前記クラッド基材を前記鋳型に密着させた後に、レーザアブレーション加工により前記光学フィルタ挿入溝を形成する請求項２に記載の高分子光回路の製造方法。
4. 前記光学フィルタ挿入溝の深さは１０μｍ以上である請求項２または３に記載の高分子光回路の製造方法。
5. 光学フィルタを前記光学フィルタ挿入孔に挿入した後に導波路コア成形樹脂を注入する請求項１〜４の何れか１項に記載の高分子光回路の製造方法。
6. 前記クラッド基材における光学フィルタ挿入孔に対応する部分を未硬化の硬化性樹脂で形成し、
   前記光学フィルタを前記光学フィルタ挿入孔から挿入し、
   前記光学フィルタにおける挿入方向先端縁部が前記クラッド基材における硬化性樹脂で形成された部分に挿入されたら、前記部分を形成する硬化性樹脂を硬化させる請求項１〜５の何れか１項に記載の高分子光回路の製造方法。
7. 前記クラッド基材における光学フィルタ挿入孔に対応する部分を形成する硬化性樹脂を硬化させた後に導波路コア成形樹脂を注入する請求項６に記載の高分子光回路の製造方法。
8. 前記導波路コアの高さは７０〜２００μｍに設定されている請求項１〜７の何れか１項に記載の高分子光回路の製造方法。

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