JP3077188B2 - Manufacturing method of optical waveguide - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔従来の技術〕 従来のこの種の光導波路の製造方法として、フォトリ
ソグラフィー法を用いた種々のプラスチック性光導波路
の製造方法が考案されていた。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Prior Art] As a conventional method of manufacturing this type of optical waveguide, various methods of manufacturing a plastic optical waveguide using a photolithography method have been devised.
第1従来例 第5図に第1従来例として選択重合方法を示す。First Conventional Example FIG. 5 shows a selective polymerization method as a first conventional example.
この方法は、まず屈折率1.59のポリカーボネート51中
にアクリルモノマ52を分散させた溶液をフィルム状に注
型し(第5図(a))、次に必要な導波路パターンが描
かれたフォトマスク54を第5図(a)で作製したフィル
ム55に密着させて紫外線を照射すると、紫外線が照射さ
れた部分のアクリルモノマ52がポリカーボネート51と重
合し共重合体56を形成する(第5図(b))。次にフィ
ルム55を真空中で加熱し、未反応のアクリルモノマ52を
フィルム55から取り除くと、共重合体部57はポリカーボ
ネート部58に比較して屈折率が低くなり(屈折率1.57
5)、パターン状に形成されているポリカーボネート部5
8のコア(屈折率1.59)に対し、クラッド部(屈折率1.5
75)となる(第5図(c))。最後にフィルム55の表面
を低屈折率材料59で覆うことによってフィルム状のプラ
スチック製導波路60を得るものである。In this method, first, a solution in which an acrylic monomer 52 is dispersed in polycarbonate 51 having a refractive index of 1.59 is cast into a film (FIG. 5A), and then a photomask on which a necessary waveguide pattern is drawn is formed. When ultraviolet light is irradiated while the film 54 is brought into close contact with the film 55 produced in FIG. 5 (a), the acrylic monomer 52 in the portion irradiated with the ultraviolet light is polymerized with the polycarbonate 51 to form a copolymer 56 (FIG. 5 ( b)). Next, when the film 55 is heated in a vacuum to remove the unreacted acrylic monomer 52 from the film 55, the refractive index of the copolymer portion 57 becomes lower than that of the polycarbonate portion 58 (refractive index 1.57).
5), polycarbonate part 5 formed in a pattern
8 cores (refractive index 1.59), cladding (refractive index 1.5
75) (FIG. 5 (c)). Finally, a film-shaped plastic waveguide 60 is obtained by covering the surface of the film 55 with the low refractive index material 59.
第2従来例 第6図に第2従来例として成形法を示す。第6図
(a)に示すように、この成形法は、まずガラスや金属
材料の平板61上にフォトレジスト62の層を薄くコーティ
ングし、光導波路の平面構造を有したマスク63を介して
前記フォトレジスト62の層を選択的に露光する。つい
で、第6図(b)に示すように、現像剤を用いて露光部
のフォトレジスト62のみを取り除くことにより前記平板
61上にフォトレジスト62によるマスク63のパターンが転
写され、突起部64となる。ついで前記平板61を溶解する
材料を用いて前記平板61を化学エッチング手法により選
択的に溶解し、その後突起部64を取り除く。この工程に
よって、第6図(c)に示すように、前記平板61にはマ
スク63のパターンを準じた溝66が形成され、これが光導
波路のマスター65となる。第6図(d)に示すように、
前記マスター65を用いて低屈折率の透光性プラスチック
材料でクラッド基材70を形成する。Second Conventional Example FIG. 6 shows a molding method as a second conventional example. As shown in FIG. 6 (a), in this molding method, first, a layer of a photoresist 62 is thinly coated on a flat plate 61 made of glass or a metal material, and is then applied through a mask 63 having a planar structure of an optical waveguide. The layer of photoresist 62 is selectively exposed. Next, as shown in FIG. 6 (b), the photoresist 62 on the exposed portion is removed using a developer to remove the flat plate.
The pattern of the mask 63 by the photoresist 62 is transferred onto the surface 61, and becomes the projection 64. Next, the flat plate 61 is selectively melted by a chemical etching method using a material that dissolves the flat plate 61, and then the protrusion 64 is removed. By this step, as shown in FIG. 6 (c), a groove 66 is formed in the flat plate 61 according to the pattern of the mask 63, and this becomes the master 65 of the optical waveguide. As shown in FIG. 6 (d),
Using the master 65, a clad substrate 70 is formed of a low refractive index translucent plastic material.
マスター65からクラッド基材70を形成する方法として
は、例えば注型法や射出成形法が挙げられ、この場合前
記マスター65の溝側の面の表面にスパッタ法によりニッ
ケル導電膜を形成し、ニッケル電鋳法によりニッケル層
の厚づけを行う。そして、マスター65をはく離する事に
よってスタンパー67が形成される。前記スタンパー67を
用いて、注型法または射出成形法等の公知の方法によっ
て光導波路のパターンを有する溝部を備えたクラッド基
材70を形成する。第6図(e)に示すように、クラッド
基材70はマスター65の溝側表面と同様な形態を呈する。Examples of the method of forming the clad base material 70 from the master 65 include a casting method and an injection molding method. In this case, a nickel conductive film is formed on the surface of the groove side surface of the master 65 by a sputtering method. The nickel layer is thickened by electroforming. Then, the stamper 67 is formed by releasing the master 65. Using the stamper 67, a clad substrate 70 having a groove having an optical waveguide pattern is formed by a known method such as a casting method or an injection molding method. As shown in FIG. 6 (e), the clad base material 70 has the same form as the groove-side surface of the master 65.
次いで第6図(f)に示すように、前記クラッド基材
70の溝部69の一端から高屈折率の透明性プラスチックを
毛細管現象を利用して流入させ、溝部69内に樹脂が十分
に充填された後に硬化させコア71を形成する。そして、
第6図(g)に示すように、前記コア71が形成された面
全体を、低屈折率の透光性プラスチックで均一にコーテ
ィングすることによってクラッド層72を形成し光導波路
80を得る。本製造方法を用いることによればコア71とク
ラッド基材70及びクラッド層72の材料を自由に選択する
ことができるので光導波路80は大きな開口角を得ること
ができる。例えば、コア71の材料として光硬化樹脂であ
るアクリル系樹脂(商品名M210、東亜合成化学社製、屈
折率n1=1.54)、クラッド基材70及びクラッド層72の材
料として同様な光硬化樹脂であるアクリル系樹脂(商品
名アロニクスM310、亜鉛合成化学社製、屈折率n2=1.4
6)を用いることによってつくられた光導波路80の開口
角は26.5度と大きい。Next, as shown in FIG.
A high-refractive-index transparent plastic is caused to flow in from one end of the groove 69 by utilizing capillary action, and after the resin is sufficiently filled in the groove 69, the resin is cured to form the core 71. And
As shown in FIG. 6 (g), the entire surface on which the core 71 is formed is uniformly coated with a low-refractive-index translucent plastic to form a cladding layer 72, thereby forming an optical waveguide.
Get 80. According to this manufacturing method, the materials of the core 71, the clad base material 70, and the clad layer 72 can be freely selected, so that the optical waveguide 80 can have a large aperture angle. For example, an acrylic resin (trade name: M210, manufactured by Toa Gosei Chemical Co., Ltd., refractive index n 1 = 1.54) as a material of the core 71, and a similar photocurable resin as a material of the clad base material 70 and the clad layer 72 Acrylic resin (trade name: Aronix M310, manufactured by Zinc Synthetic Chemical Company, refractive index n 2 = 1.4
The aperture angle of the optical waveguide 80 formed by using 6) is as large as 26.5 degrees.
しかしながら、この様な従来の光導波路の製造法のう
ち第1従来例である選択重合法によれば、ポリカーボネ
ート部と共重合体部との屈折率差を大きくする事は困難
であり、結果的に前記の材料によって形成される光導波
路60の開口角は12.6度であった。また、本製造法によっ
てつくられた光導波路の伝送損失は0.2dB/cmであった。
即ち、開口角を大きくすることができないという問題点
があった。開口角が大きくとれないということは、すな
わち、光導波路を小さな曲率半径をもって屈曲して構成
することができないという事であり、同時に光導波路に
入射される光ビームの受け入れ角度が小さいので、光導
波路に結合される光ビームの、伝送可能な光量が少いと
いう事を意味する。However, according to the selective polymerization method, which is the first conventional example, of such a conventional method for manufacturing an optical waveguide, it is difficult to increase the refractive index difference between the polycarbonate part and the copolymer part, and as a result, The aperture angle of the optical waveguide 60 formed of the above-mentioned material was 12.6 degrees. The transmission loss of the optical waveguide produced by this method was 0.2 dB / cm.
That is, there is a problem that the opening angle cannot be increased. The fact that the aperture angle cannot be made large means that the optical waveguide cannot be bent with a small radius of curvature, and at the same time, the acceptance angle of the light beam incident on the optical waveguide is small. Means that the amount of light beam that can be transmitted is small.
これに反して、第2従来例である成形法によれば、開
口角を大きくとることが可能であるが、前記のエッチン
グ工程によって形成された溝内部の壁面つまり光導波路
の壁面の表面荒さが、非常に大きくなり、これによって
つくられた光導波路は、光を伝搬することがほとんどで
きないか、または、大きな伝送損失をもつという問題点
があった。一般に光導波路、レンズ等の光学系の表面荒
さは0.01μm以内のオーダーにおさえることが必要であ
る。On the other hand, according to the molding method of the second conventional example, it is possible to increase the opening angle, but the surface roughness inside the groove formed by the etching step, that is, the surface roughness of the wall surface of the optical waveguide is reduced. However, the resulting optical waveguide has a problem that it can hardly propagate light or has a large transmission loss. Generally, the surface roughness of an optical system such as an optical waveguide and a lens must be kept within the order of 0.01 μm.
本発明は上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、光エッチング法によっても、開口角が大き
く、かつ、伝送損失が小さいといった光導波路の製造方
法を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing an optical waveguide having a large aperture angle and a small transmission loss even by an optical etching method.
この目的を達成するために、請求項1記載の発明に係
る光導波路の製造方法は、平板上に形成されたフォトレ
ジストからなる突起部の断面形状が略四角形である中間
材料を作成する第1工程と、前記中間材料を加熱して、
前記略四角形突起部の表面を滑らかにせしめ、かつ、断
面形状を略半円形にせしめて光導波路のレジストマスタ
ーを作成する第2工程と、前記レジストマスターの断面
形状が反転され、前記レジストマスターの略半円形突起
部が、略半円形溝部として形成された反転型を作成する
第3工程と、低屈折率の透光性材料からなり、前記反転
型と断面形状が等しく形成された前記略半円形略部を有
するクラッド基材を作成する第4工程と、前記クラッド
基材の略半円形溝部に高屈折率の透光性材料を充填して
コアを作成する第5工程と、を有する。In order to achieve this object, a method of manufacturing an optical waveguide according to the first aspect of the present invention is directed to a first method for producing an intermediate material in which a cross-sectional shape of a photoresist formed on a flat plate is substantially square. Heating the intermediate material,
A second step of making the surface of the substantially quadrangular projection smooth, and making the cross-sectional shape substantially semicircular to create a resist master of the optical waveguide; and the cross-sectional shape of the resist master is reversed, and A third step of forming an inverted mold in which the substantially semicircular protrusion is formed as a substantially semicircular groove; and a step of forming the inverted mold formed of a low-refractive-index translucent material and having the same cross-sectional shape as the inverted mold. The method includes a fourth step of forming a clad base having a substantially circular portion, and a fifth step of forming a core by filling a translucent material having a high refractive index into a substantially semicircular groove of the clad base.
請求項1の発明は、先ず、平板上に形成されたフォト
レジストからなる突起部の断面形状が略四角形の中間材
料が作成される。この略四角形突起部の表面は、やや粗
い。前記断面形状が略四角形の突起部を有する平板(中
間材料)を加熱すると、前記突起部は半溶解状態にな
り、材料の表面張力により突起部の表面は滑らかにな
り、かつ、前記突起部の断面形状が略半円形になったレ
ジストマスターが作成される。このレジスターマスター
の反転型を作成する。この反転型と同型の、低屈折率の
透光性材料からなるクラッド基材を作成する。このクラ
ッド基材の略半円形溝部表面は滑らかになる。前記溝部
に高屈折率の透光性材料を充填しコアを形成すると、コ
アの外周は滑らかになり、このコアとクラッド基材とが
密接して交互配置状態になり、光導波路が形成される。According to the first aspect of the present invention, first, an intermediate material having a substantially square cross section of a protrusion made of photoresist formed on a flat plate is prepared. The surface of the substantially quadrangular projection is slightly rough. When a flat plate (intermediate material) having a projection having a substantially quadrangular cross section is heated, the projection becomes a semi-melted state, the surface of the projection becomes smooth due to the surface tension of the material, and A resist master having a substantially semicircular cross section is created. Create an inverted version of this register master. A clad base material made of a low-refractive-index translucent material having the same shape as the inverted type is prepared. The surface of the substantially semicircular groove portion of the clad substrate becomes smooth. When the groove is filled with a high-refractive-index translucent material to form a core, the outer periphery of the core is smooth, and the core and the clad base material are in close contact and alternately arranged to form an optical waveguide. .
以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して
説明する。第1図(a)〜(e)は、本発明に係る光導
波路の製造法のうちレジストマスターを形成するまでの
工程順を示すものである。レジスト塗布工程として、第
1図(a)に示すように、まず、シリコンウエハ又はガ
ラスからなる平板21の片側の表面に、スピンコート法に
よって、フォトレジスト22を塗布する。フォトレジスト
22の材料としては、厚膜ポジタイプフォトレジスト(商
品名PMER P−G7900、東京応化工業社製)を用いる。
スピンコート法は1500rpmで20秒間行う。その後、温度9
0度で10分間プリベーク工程を行うことによって層厚15
μmのフォトレジスト22の層が形成されるのである。前
記フォトレジスト22を塗布した面の上にさらにスピンコ
ート法によって、フォトレジスト22を重ね塗りする。ス
ピンコート法は1500rpmで20秒間行いその後温度90度で3
0分間プリベーク工程を行うことによって層厚30μmの
フォトレジスト22の層が形成される。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIGS. 1 (a) to 1 (e) show the steps of a method for manufacturing an optical waveguide according to the present invention until a resist master is formed. As a resist coating step, as shown in FIG. 1 (a), first, a photoresist 22 is coated on one surface of a flat plate 21 made of a silicon wafer or glass by spin coating. Photoresist
As the material of No. 22, a thick film positive type photoresist (trade name: PMER P-G7900, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is used.
The spin coating method is performed at 1500 rpm for 20 seconds. Then temperature 9
Perform a pre-bake process at 0 degrees for 10 minutes to achieve a layer thickness of 15
A layer of photoresist 22 of μm is formed. The photoresist 22 is further applied on the surface on which the photoresist 22 is applied by spin coating. Spin coating is performed at 1500 rpm for 20 seconds and then at 90 ° C for 3 seconds.
By performing a pre-bake step for 0 minutes, a layer of the photoresist 22 having a layer thickness of 30 μm is formed.
マスク露光工程として、第1図(b)に示すように、
前記層厚30μmのフォトレジスト22の層にマスク23を上
乗せしてマスク23を介してフォトレジスト22の層に紫外
線24を照射する。これによりフォトレジスト22の層に
は、選択的に紫外線23が照射される。マスク23の形状と
しては、例えば光導波路アレイを形成するものとしてピ
ッチ60μm、開口部27の幅20μmのラインアンドスペー
スの形状を有するものを用いる。また、紫外線による露
光量は600mj/cm2である。As a mask exposure step, as shown in FIG.
A mask 23 is placed on the layer of the photoresist 22 having a thickness of 30 μm, and the layer of the photoresist 22 is irradiated with ultraviolet rays 24 via the mask 23. As a result, the layer of the photoresist 22 is selectively irradiated with ultraviolet rays 23. As the shape of the mask 23, for example, a mask having a line-and-space shape with a pitch of 60 μm and a width of the opening 27 of 20 μm is used to form an optical waveguide array. Further, the exposure amount by ultraviolet rays is 600 mj / cm 2 .
現像工程として、第1図(c)に示すように、上記マ
スク露光工程を経たフォトレジスト22の層を、現像剤
(商品名P−5G原液、東京応化工業社製)に、温度25℃
で4分間浸す。これによって前記工程により紫外線24が
照射された部分のフォトレジスト22が選択的に溶解さ
れ、平板21が露出する。As a developing step, as shown in FIG. 1 (c), the layer of the photoresist 22 having undergone the mask exposure step is applied to a developer (trade name: P-5G stock solution, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) at a temperature of 25 ° C.
Soak for 4 minutes. As a result, the photoresist 22 in the portion irradiated with the ultraviolet rays 24 in the above step is selectively dissolved, and the flat plate 21 is exposed.
リンス工程として、第1図(d)に示すように、前記
選択的に溶解されたフォトレジスト22を純水で洗い流
す。これによって平板21上にフォトレジスト22の層から
つくられた略台形の断面形状を有した突起部26が形成さ
れる。本突起部26が、前記マスク露光工程(第1図
(b)参照)において、表面荒さ1μm程度になること
はまぬがれない。これは、前記マスク露光工程(第1図
(b)参照)においてフォトレジスト22の層に照射され
る紫外線24がフォトレジスト22材料中で材料の不均質性
等の原因が散乱を受けるため、材料中を直進することが
できないことが1つの理由である。In the rinsing step, as shown in FIG. 1D, the selectively dissolved photoresist 22 is washed away with pure water. As a result, a projection 26 having a substantially trapezoidal cross-sectional shape formed from the layer of the photoresist 22 is formed on the flat plate 21. In the mask exposure step (see FIG. 1 (b)), it is inevitable that the projections 26 have a surface roughness of about 1 μm. This is because, in the mask exposure step (see FIG. 1 (b)), the ultraviolet rays 24 applied to the layer of the photoresist 22 are scattered in the material of the photoresist 22 due to a cause such as inhomogeneity of the material. One reason is that you cannot go straight inside.
以上に示した光エッチング手段(フォトリソグラフィ
ー手法)に限らず化学エッチング手法により同様な突起
部26を形成するプロセスにおいても、化学反応が材料中
を一方向的に進行することが非常に困難であるため表面
荒さが非常に大きくなってしまうという問題点があっ
た。たとえ異方性エッチング手法と呼ばれる一種の化学
的エッチング手法を用いて同様な突起部26を形成して
も、表面荒さを0.01μm以内におさえる事は非常に困難
であった。以上の様な理由により、従来では、前記突起
部26の型をとって成形法により光導波路を製造する際
に、光導波路の壁面の表面荒さが大きいという問題点か
ら、開口角が大きく伝送損失が小さいといった良質の光
導波路を製造することが非常に困難であった。ポストベ
ーク工程として、第1図(e)に示すように、前記リン
ス工程を経た平板21上の突起部26を温度135度で30分加
熱する。これによって突起部26の形状は時間的に見て第
2図(a)〜(d)に示される様に刻々と変化し、最終
的には表面荒さ0.01μm以内でかつその断面形状が略半
円形となる。これは突起部26の材料に、熱による溶解の
ため、その表面張力によって表面積を小さくする様に力
が働くためである。このため本突起部26は前記のポスト
ベーク工程によって表面荒さ0.01μm以内で、かつ、そ
の断面形状が略半円形になるという効果を生じる。It is very difficult for the chemical reaction to proceed unidirectionally in the material not only in the photo-etching means (photolithography technique) described above but also in the process of forming the similar protrusions 26 by the chemical etching technique. Therefore, there is a problem that the surface roughness becomes very large. Even if similar projections 26 are formed using a kind of chemical etching technique called anisotropic etching technique, it has been very difficult to keep the surface roughness within 0.01 μm. For the reasons described above, conventionally, when the optical waveguide is manufactured by the molding method using the mold of the protrusion 26, the aperture angle is large due to the problem that the surface roughness of the wall surface of the optical waveguide is large. It is very difficult to manufacture a high quality optical waveguide such as a small optical waveguide. As a post-baking step, as shown in FIG. 1 (e), the projection 26 on the flat plate 21 that has undergone the rinsing step is heated at a temperature of 135 degrees for 30 minutes. As a result, the shape of the protrusion 26 changes every moment as shown in FIGS. 2 (a) to 2 (d) when viewed temporally, and finally the surface roughness is within 0.01 μm and the cross-sectional shape is substantially half. It becomes circular. This is because a force acts on the material of the protruding portion 26 so as to reduce the surface area due to its surface tension due to melting by heat. For this reason, there is an effect that the main projections 26 have a surface roughness of 0.01 μm or less and have a substantially semicircular cross-sectional shape by the post-baking step.
本ポストベーク工程を経た突起部26D及び平板21を、
まとめてレジストマスター30と称する。The projecting portion 26D and the flat plate 21 that have undergone the post-baking process are
Collectively, it is referred to as a resist master 30.
以上の工程を経ることによってレジストマスター30が
形成される。Through the above steps, a resist master 30 is formed.
第3図は、本発明に係る光導波路の製造法のうちレジ
スタマスター30からスタンパー40を形成するまでの工程
順を示すものである。FIG. 3 shows the order of steps from the register master 30 to the formation of the stamper 40 in the method of manufacturing an optical waveguide according to the present invention.
導電膜形成工程として、第3図(a)に示すように、
前記レジストマスター30の突起部26Dを有する面上にス
パッタ法によりニッケル導電膜31を膜厚0.1μm程度で
形成する。As a conductive film forming step, as shown in FIG.
A nickel conductive film 31 is formed with a thickness of about 0.1 μm on the surface of the resist master 30 having the projections 26D by a sputtering method.
第1電鋳工程として、第3図(b)に示すように、前
記ニッケル導電膜31が形成されたレジストマスター30
に、電鋳法により、300μm程度の第1ニッケル層32を
形成する。第1ニッケル層32には前記ニッケル導電膜31
も含まれる。In the first electroforming step, as shown in FIG. 3 (b), a resist master 30 having the nickel conductive film 31 formed thereon is formed.
Next, a first nickel layer 32 of about 300 μm is formed by electroforming. The first nickel layer 32 includes the nickel conductive film 31.
Is also included.
メタルマスター形成工程として、第3図(c)に示す
ように、前記第1電鋳工程を経たレジストマスター30及
び第1ニッケル層32より平板21をはく離する。その後、
第1ニッケル層32の溝に残留した突起部26Dをアセトン
又は強アルカリ溶剤中での超音波洗浄法により完全に除
去する。これによってレジストマスター30が完全に第1
ニッケル層32に転写された形となりこれをメタルマスタ
ー33と称する。As shown in FIG. 3 (c), as a metal master forming step, the flat plate 21 is peeled off from the resist master 30 and the first nickel layer 32 that have undergone the first electroforming step. afterwards,
The protrusion 26D remaining in the groove of the first nickel layer 32 is completely removed by an ultrasonic cleaning method in acetone or a strong alkaline solvent. This makes the resist master 30 completely first
The shape transferred to the nickel layer 32 is referred to as a metal master 33.
離型皮膜形成工程として、第3図(d)に示すよう
に、前記メタルマスター33の溝側の表面に、陽極酸化法
または酸化性溶液中でのディッピング法によってニッケ
ル酸化皮膜34を形成する。これによって前記メタルマス
ター33の溝側表面には離型性をもって皮膜が形成され
る。In the release film forming step, as shown in FIG. 3D, a nickel oxide film 34 is formed on the groove-side surface of the metal master 33 by an anodizing method or a dipping method in an oxidizing solution. As a result, a film is formed on the groove-side surface of the metal master 33 with releasability.
第2電鋳工程として、第3図(e)に示すように、前
記ニッケル酸化皮膜34が形成されたメタルマスター33に
電鋳法により300μm程度の第2ニッケル層35を形成す
る。In the second electroforming step, as shown in FIG. 3 (e), a second nickel layer 35 of about 300 μm is formed on the metal master 33 on which the nickel oxide film 34 has been formed by electroforming.
スタンパ形成工程として、第3図(f)に示すよう
に、前記第2電鋳工程を経たメタルマスター33及び第2
ニッケル層35よりメタルマスター33をはく離する。これ
によってメタルマスター33が完全に第2ニッケル層35に
転写された形となりスタンパー40が形成される。このス
タンパー40は、金型36に固定されることにより用いられ
る。As a stamper forming step, as shown in FIG. 3 (f), the metal master 33 and the second
The metal master 33 is separated from the nickel layer 35. As a result, the metal master 33 is completely transferred to the second nickel layer 35, and the stamper 40 is formed. The stamper 40 is used by being fixed to a mold 36.
以上の工程を経ることによってレジストマスター30か
らスタンパー40が形成される。従って、スタンパー40の
溝側表面とレジストマスター30の溝側表面(突起部26D
側表面)とは同じ形態を呈する。Through the above steps, the stamper 40 is formed from the resist master 30. Therefore, the groove-side surface of the stamper 40 and the groove-side surface of the resist master 30 (projections 26D
Side surface).
第4図(a)〜(d)は、本発明に係る光導波路の製
造法のうちスタンパー40から注型法により最終的に光導
波路50を製造するまでの工程順を示すものである。FIGS. 4 (a) to 4 (d) show a process sequence from the stamper 40 to the final production of the optical waveguide 50 by the casting method in the optical waveguide production method according to the present invention.
第4図(a)に示すように、クラッド基材形成工程と
して、前記スタンパー40の溝側の平面に200μm程度の
微小距離の空隙をもって透明板41を面平行に位置させ
る。次いで、この空隙に低屈折率紫外線硬化樹脂42を充
填する。次いで、前記透明板41を介して紫外線24を照射
し、低屈折率紫外線硬化樹脂42を完全に硬化させる。次
いで、スタンパー40を前記透明板41及び低屈折率紫外線
硬化樹脂42からはく離することによって、溝部43を有し
た、前記透明板41および低屈折率紫外線硬化樹脂42から
成るクラッド基材44が形成される。前記低屈折率紫外線
硬化樹脂42としては、アクリル系樹脂(商品名アロニク
スM310亜鉛合成化学社製、屈折率1.46)を用いた。また
前記透明板41としては近紫外線に対して透明な材料を用
い、例えば、低屈折率紫外線硬化樹脂42との接着性を高
めるためにUV−O3アッシングプロセスによって表面処理
された硼ケイ酸ガラスが挙げられる。UV−O3アッシング
プロセスは、シリコン集積回路形成プロセスにおいて広
く利用されているプロセスである。また、透明板41は光
導波路50の補強材としての効果も備える。As shown in FIG. 4 (a), as a cladding base material forming step, the transparent plate 41 is positioned parallel to the plane of the groove side of the stamper 40 with a small gap of about 200 μm. Next, the low refractive index ultraviolet curable resin 42 is filled in the gap. Next, ultraviolet rays 24 are irradiated through the transparent plate 41 to completely cure the low refractive index ultraviolet curable resin. Next, by peeling the stamper 40 from the transparent plate 41 and the low-refractive-index ultraviolet curable resin 42, a clad substrate 44 having the groove 43 and comprising the transparent plate 41 and the low-refractive-index ultraviolet curable resin 42 is formed. You. As the low refractive index ultraviolet curable resin 42, an acrylic resin (trade name: Aronix M310, manufactured by Zinc Synthetic Chemical Company, refractive index: 1.46) was used. The use of a material transparent to near-ultraviolet rays as the transparent plate 41, for example, low refractive index borosilicate glass surface-treated with UV-O 3 ashing process to enhance the adhesion between the ultraviolet curable resin 42 Is mentioned. UV-O 3 ashing process is a process that is widely used in silicon integrated circuit formation process. Further, the transparent plate 41 also has an effect as a reinforcing material of the optical waveguide 50.
第4図(b)に示すように、コア形成工程として、前
記クラッド基材44の溝部43に、その一端から高屈折率紫
外線硬化樹脂45を毛細管現象を利用して注入した。この
時、溝部43内に注入された高屈折率紫外線硬化樹脂45は
その表面張力のため溝部43から溢れることなく溝部43内
のみに充填された。高屈折率紫外線硬化樹脂45が溝部43
内に十分充填された後、紫外線24を照射し、高屈折率紫
外線硬化樹脂45を完全に硬化させてコア46を形成した。
本コア46の断面形状は略半円形となった。もし、前記高
屈折率紫外線硬化樹脂45が酸素雰囲気中(空気中)で硬
化しない性質のものであれば、窒素雰囲気中等の無機酸
素環境で硬化させることが必要である。前記高屈折率紫
外線硬化樹脂45としてはアクリル系樹脂(商品名アニロ
クスM210、亜鉛合成化学社製、屈折率1.54)を用いた。
本樹脂は、酸素雰囲気中(空気中)でも容易に硬化し
た。また、本樹脂の溝部43内に十分に充填させるにはほ
ぼ30分を要した。また、充填後のコア46の表面46aは、
表面張力により、表面荒さ0.01μm以内となることが確
められた。As shown in FIG. 4 (b), as a core forming step, a high-refractive-index ultraviolet curable resin 45 was injected into the groove 43 of the clad base material 44 from one end thereof using a capillary phenomenon. At this time, the high refractive index ultraviolet curable resin 45 injected into the groove 43 was filled only in the groove 43 without overflowing from the groove 43 due to the surface tension. High refractive index UV curable resin 45 is groove 43
After sufficiently filling the inside, the core was formed by irradiating ultraviolet rays 24 to completely cure the high refractive index ultraviolet curable resin 45.
The cross-sectional shape of the core 46 was substantially semicircular. If the high refractive index ultraviolet curable resin 45 does not cure in an oxygen atmosphere (in the air), it must be cured in an inorganic oxygen environment such as a nitrogen atmosphere. An acrylic resin (trade name: Anilox M210, manufactured by Zinc Synthetic Chemical Co., Ltd., refractive index: 1.54) was used as the high refractive index ultraviolet curable resin 45.
This resin was easily cured even in an oxygen atmosphere (in air). It took approximately 30 minutes to sufficiently fill the groove 43 of the present resin. The surface 46a of the core 46 after filling is
It was confirmed that the surface roughness was within 0.01 μm due to the surface tension.
第4図(c)に示すように、クラッド層形成工程とし
て、前記コア形成工程によってコア46が形成されたクラ
ッド基材44のコア46側の平面にクラッド基材形成工程と
同様に200μm程度の微小距離の空隙をもって透明板41
を面平行に位置させる。次いで、この空隙に低屈折率紫
外線硬化樹脂42を充填する。次いで、前記透明板41を介
して紫外線を照射し、低屈折率紫外線硬化樹脂42を完全
に硬化させてクラッド層47を形成する。As shown in FIG. 4 (c), as a clad layer forming step, a plane of about 200 μm is formed on the plane on the core 46 side of the clad base material 44 on which the core 46 is formed by the core forming step. Transparent plate 41 with a small distance gap
Are positioned plane-parallel. Next, the low refractive index ultraviolet curable resin 42 is filled in the gap. Next, ultraviolet rays are irradiated through the transparent plate 41 to completely cure the low-refractive-index ultraviolet curing resin 42 to form a clad layer 47.
第4図(d)に示すように、仕上げ工程として、前記
クラッド層形成工程を経たクラッド基材44及びコア46及
びクラッド層47及び透明板41に、切断、研削、研磨等の
手段によって、適切な位置に表面荒さ0.1μm以下程度
の端部48を形成し、最終的な光導波路50が形成される。As shown in FIG. 4 (d), as a finishing step, the clad base material 44, the core 46, the clad layer 47, and the transparent plate 41, which have been subjected to the clad layer forming step, are appropriately cut, ground, polished, or the like by means such as cutting. An end portion 48 having a surface roughness of about 0.1 μm or less is formed at an appropriate position, and a final optical waveguide 50 is formed.
以上、第1図〜第4図をもって詳述した工程を経るこ
とによって製造された光導波路50は、ピッチ60μmでコ
ア46の幅が43μm、またコア46の断面形状が略半円形で
ある光導波路アレイ構造となる。As described above, the optical waveguide 50 manufactured through the steps described in detail with reference to FIGS. 1 to 4 has an optical waveguide having a pitch of 60 μm, a width of the core 46 of 43 μm, and a cross-sectional shape of the core 46 substantially semicircular. It has an array structure.
また、本光導波路50を、波長λ=632.8nmのHe−Neレ
ーザ光を用いて評価したところ、開口角が26.5度であ
り、伝送損失が0.1dB/cm以下という非常に良質な光導波
路としての性質を得ることができた。In addition, when the present optical waveguide 50 was evaluated using He-Ne laser light having a wavelength λ = 632.8 nm, the aperture angle was 26.5 degrees, and the transmission loss was 0.1 dB / cm or less. Was obtained.
また、コア46の平面構造として曲率半径2mm以上の屈
曲に対して、前記伝送損失を保ったまま光伝送を行うこ
とができた。In addition, optical transmission could be performed with the transmission loss maintained for the bend having a curvature radius of 2 mm or more as the planar structure of the core 46.
尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、適宜変更を加えることが可能である。例えば、第1
図(a)に示したレジスト塗布工程においてシート状の
フォトレジストを熱融着によって平板21に貼り着けるこ
とも可能である。これによってスピンコート法による塗
布よりかなり工程数を省くことができる。It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified. For example, the first
In the resist coating step shown in FIG. 5A, a sheet-like photoresist can be attached to the flat plate 21 by thermal fusion. As a result, the number of steps can be considerably reduced compared to the spin coating method.
また第1図(b)に示したマスク露光工程において、
マスク23の形状を自由に選ぶことによってわずか数μm
幅程度のコア46(第4図参照)を形成したりそれを分
岐、交叉させることも可能である。また、第4図(a)
および第4図(c)における透明板41として離形性に優
れたTPX等の樹脂を用いて、最終的に透明板41を光導波
路50からはく離することによって可撓性を有した光導波
路50を製造することも可能である。また、第4図(a)
および第4図(b)および第4図(c)における高屈折
率紫外線硬化樹脂45および低屈折率紫外線硬化樹脂42と
しては他にも種々の材料を選ぶことが可能である。この
様な材料の一例としては、高屈折率紫外線硬化樹脂であ
るフッ素系樹脂(商品名Defensa 479−18、大日本イン
キ化学工業社製、屈折率1.53)、また低屈折率紫外線硬
化樹脂であるフッ素系樹脂(商品名Defensa 7710、大
日本インキ化学工業社製、屈折率1.40)等が挙げられ
る。この材料を変えることによって製造される光導波路
50の開口角及び伝送効率を低下させることが可能であ
る。In the mask exposure step shown in FIG.
Only a few μm by freely choosing the shape of the mask 23
It is also possible to form a core 46 of about width (see FIG. 4) or to branch and cross it. FIG. 4 (a)
4 (c), a resin such as TPX having excellent releasability is used as the transparent plate 41, and the transparent plate 41 is finally peeled off from the optical waveguide 50 to thereby provide a flexible optical waveguide 50. Can also be produced. FIG. 4 (a)
Various other materials can be selected as the high-refractive-index UV-curable resin 45 and the low-refractive-index UV-curable resin 42 in FIGS. 4 (b) and 4 (c). Examples of such a material include a fluorine resin (trade name: Defensa 479-18, manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, Inc., refractive index: 1.53) which is a high refractive index ultraviolet curable resin, and a low refractive index ultraviolet curable resin. Fluorinated resin (trade name Defensa 7710, manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, refractive index 1.40) and the like. Optical waveguide manufactured by changing this material
It is possible to reduce the aperture angle of 50 and the transmission efficiency.
また、光導波路50を構成する材料として実施例に記載
してある光硬化樹脂のかわりにその他の透光性樹脂を硬
化させる事によっても光導波路50を製造する事も可能で
ある。Further, the optical waveguide 50 can also be manufactured by curing other translucent resin instead of the photocurable resin described in the embodiment as a material constituting the optical waveguide 50.
また、第4図(a)に示したクラッド基材形成工程に
おいて実施例に記載してある注型法のかわりに射出成形
法を用いる事が可能である。これによって、光導波路50
の製造の生産性が向上するという効果がある。In addition, in the clad base material forming step shown in FIG. 4A, an injection molding method can be used instead of the casting method described in the embodiment. Thereby, the optical waveguide 50
This has the effect of improving the productivity of the production of
また、第4図(b)のコア形成工程として実施例にあ
る毛細管現象を利用するもののかわりにスピンコート法
によって溝部43に樹脂を充填してもよい。Further, instead of utilizing the capillary phenomenon in the embodiment as the core forming step in FIG. 4B, the groove 43 may be filled with resin by a spin coating method.
また、本光導波路50を用いて光伝送路のみでなく光分
配器、光結合器、その他の光回路または光学的集積回路
に応用することも可能である。Further, the present optical waveguide 50 can be applied not only to an optical transmission line but also to an optical distributor, an optical coupler, and other optical circuits or optical integrated circuits.
また、この様な平板状の構造のみでなく、屈曲したり
重ね合わせたりして立体的な構造をとることも可能であ
る。In addition to such a flat structure, a three-dimensional structure can be obtained by bending or overlapping.
以上詳述したことから明らかなように、本発明に係る
光導波路の製造法によれば、光エッチング法によって
も、開口角が大きく、かつ、伝送損失が小さいといった
光導波路を得ることができるという効果を奏する。As is clear from the above, according to the method for manufacturing an optical waveguide according to the present invention, it is possible to obtain an optical waveguide having a large aperture angle and a small transmission loss even by a photoetching method. It works.
第1図から第6図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、 第1図はレジストマスターを形成する工程を示す図、 第2図は突起部の時間的な形状変化を示す図、 第3図はスタンパーを形成する工程を示す図、 第4図は注型法により光導波路を形成する工程を示す
図、 第5図は従来の光導波路の製造方法である選択重合法の
工程を示す図、 第6図は従来の別の製造方法である成形法の工程を示す
図である。 21……平板 22……フォトレジスト 26……突起部 30……レジストマスター 41……透明板 42、45……透光性材料 43……溝部 44……クラッド基材(第1クラッド層) 46……コア 47……クラッド層(第2クラッド層) 50……光導波路1 to 6 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a view showing a process of forming a resist master, and FIG. 2 is a view showing a temporal change in shape of a projection. FIG. 3, FIG. 3 is a view showing a process of forming a stamper, FIG. 4 is a view showing a process of forming an optical waveguide by a casting method, and FIG. 5 is a diagram of a selective polymerization method which is a conventional method of manufacturing an optical waveguide. FIG. 6 is a diagram showing steps of a molding method which is another conventional manufacturing method. 21 Flat plate 22 Photoresist 26 Projection 30 Resist master 41 Transparent plate 42, 45 Translucent material 43 Groove 44 Cladding base material (first cladding layer) 46 …… Core 47 …… Clad layer (second clad layer) 50 …… Optical waveguide
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 千里 愛知県名古屋市瑞穂区堀田通9丁目35番 地 ブラザー工業株式会社内 (72)発明者 新海 祐次 愛知県名古屋市瑞穂区堀田通9丁目35番 地 ブラザー工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭48−48139(JP,A) 特開 昭58−149008(JP,A) 特開 平1−73302(JP,A) 特開 平1−271710(JP,A) 特開 平2−191906(JP,A) 特開 平3−15805(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/12 - 6/14 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Chisato Kobayashi 9-35, Horitadori, Mizuho-ku, Nagoya, Aichi Prefecture Inside Brother Industries, Ltd. Address Brother Industries, Ltd. (56) References JP-A-48-48139 (JP, A) JP-A-58-149008 (JP, A) JP-A-1-73302 (JP, A) JP-A-1- 271710 (JP, A) JP-A-2-191906 (JP, A) JP-A-3-15805 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G02B 6/12-6 /14
Claims (1)
る突起部の断面形状が略四角形である中間材料を作成す
る第1工程と、 前記中間材料を加熱して、前記略四角形突起部の表面を
滑らかにせしめ、かつ、断面形状を略半円形にせしめて
光導波路のレジストマスターを作成する第2工程と、 前記レジストマスターの断面形状が反転され、前記レジ
ストマスターの略半円形突起部が、略半円形溝部として
形成された反転型を作成する第3工程と、 低屈折率の透光性材料からなり、前記反転型と断面形状
が等しく形成された前記略半円形溝部を有するクラッド
基材を作成する第4工程と、 前記クラッド基材の略半円形溝部に高屈折率の透光性材
料を充填してコアを形成する第5工程と、 を有することを特徴とする光導波路の製造方法。A first step of forming an intermediate material having a substantially rectangular cross-sectional shape of a photoresist formed on a flat plate; and heating the intermediate material to form a surface of the substantially rectangular projection. And a second step of forming a resist master of the optical waveguide by making the cross-sectional shape substantially semicircular, and the cross-sectional shape of the resist master is inverted, and the substantially semicircular projection of the resist master is A third step of forming an inverted mold formed as a substantially semi-circular groove, and a clad base made of a low-refractive-index translucent material and having the substantially semi-circular groove formed in the same cross-sectional shape as the inverted mold. And a fifth step of forming a core by filling a translucent material having a high refractive index into a substantially semicircular groove of the clad base material. Method.
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