JP3961322B2

JP3961322B2 - Fine processing method of optical material and optical waveguide using the same

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Publication number: JP3961322B2
Application number: JP2002086686A
Authority: JP
Inventors: 清蔵宮田; 隆志黒川; 壽彌佐藤; 敏行渡邊; 傳信梁; 緒堂陶
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2022-03-26
Also published as: JP2003279779A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学材料の微細加工方法に関する。さらに詳しくは、光導波路、光回折格子などの各種光学デバイスを製造する際に利用できる光学材料の微細加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光導波路や光回折格子等の光学デバイスを構成する有機材料の一つとして、ポリシランが注目されている。ポリシランは、十分な透明性を有し、また、他の樹脂に比べて高い耐熱性を有するので、安定性・耐久性に優れた光デバイスを得ることが可能である。
【０００３】
上記ポリシラン材料をデバイス化するに当たっては、材料中の光学特性を微細に制御する必要があるが、従来は、ポリシランに紫外線等の光を照射して屈折率変化を誘起する方法により専ら行われていた。
【０００４】
例えば、特開平７−９２３１３号公報には、ポリシランからなるコアを具備した光ファイバー構造をなし、光の照射により前記コアに周期的な屈折率変化を与えることによって、光ファイバー型回折格子（ファイバグレーティング）を作製する技術が開示されている。また、特開平６−２２２２３４号公報には、直鎖状のポリシランのコアに該当する箇所にマスクを施し、前記ポリシランに光を照射して前記マスクを施していない箇所をクラッドとして屈折率を変化させる光導波路の製造方法が開示されている。さらに、特開平１１−２８７９１６号公報は、光導波路のコアを横切るように切り込み溝を形成し、その切り込み溝内にアモルファス状有機ポリシランを充填し、そのポリシランに光照射して屈折率を変化させることにより、非対称マッハツェンダー型干渉計の位相調整を行うものである。
【０００５】
また、特開平５−２５２８２号公報には、メチルフェニルジクロロシランに対してモル分率でフェニルトリクロロシランを０．０１から０．５０を存在させ、金属ナトリウム存在下脱塩縮合して有機シリコン高分子共重合体を製造し、その共重合体からなる薄膜に紫外線を照射して光導波路を作製する技術が開示されている。さらに、特開平５−６５３５１号公報には、ポリメチルフェニルシランをポリエチレン中に０．１〜１０重量％含有し、厚みが１０〜１０００μｍであることを特徴とする有機シリコン高分子含有ポリエチレン膜が記載されており、実施例３では、この膜に紫外線を照射して光学回路（光導波路）を作製する技術が開示されている。
【０００６】
以上のように、従来のポリシランの光学デバイスは、専ら紫外線による屈折率変化を利用して製造されている。そのため、得られる屈折率差に限界があり（０．１程度）、光導波路を作製した場合に、コアの光の閉じ込め効果を大きくできないという問題があった。したがって、小さな曲率半径の導波路や正確な結合長を持つ方向性結合器を作製することが困難であった。
また、導波路パターンをより微細化することも望まれていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上記従来の状況に鑑み、紫外線による屈折率変化を利用することなく、ポリシランからなる光学材料をより微細なパターンで加工でき、また、小さな曲率半径の導波路や正確な結合長を持つ方向性結合器等の製造に好適に応用できる新規な光学材料の微細加工方法を提供するものである。
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係る光学材料の微細加工方法は、請求項１として、ポリシランからなる光学材料に対し、前記光学材料の溶融温度を超えない温度に加熱しながら光照射し、照射部位のポリシランの分子量を低下させた後、前記分子量の低下したポリシランを洗浄により除去することを特徴とする。
【０００９】
上記手段によれば、照射部位のポリシランがその他の部位に比べて溶解し易くなるので、洗浄により優先的に除去され、微細に加工される。
【００１２】
また、請求項２は、請求項１記載の微細加工方法において、洗浄に用いる液体が、イソプロピルアルコール、へキサン、エタノールであることを特徴とする。
【００１３】
上記手段によれば、照射部位のポリシランの溶解性と、その他の部位のポリシランの溶解性とのバランスを考慮して、シャープに加工するための洗浄液の種類が特定される。
【００１４】
また、請求項３は、請求項１又は２記載の微細加工方法において、照射する光の波長が２５６〜３５５ｎｍであることを特徴とする。
【００１５】
上記手段によれば、ポリシランの結合を効率的に開裂させる観点から、光の照射条件が最適化される。
【００１６】
また、請求項４は、請求項１〜３のいずれか記載の微細加工方法において、照射する光の強度が２０〜８０ｍＷ／ｃｍ2であることを特徴とする。
【００１７】
上記手段によれば、光導波路の製造等に利用することを考慮して、微細加工のための光の強度が最適化される。
【００１８】
また、請求項５は、請求項１〜４のいずれか記載の微細加工方法において、ポリシランが、上記（化１）で表されるポリメチルフェニルシラン、ポリジフェニルシラン、ポリジビフェニルシラン、またはポリアルキルナフチルシランから選ばれる一以上であることを特徴とする。すなわち、上記（化１）において、（Ｒ1、Ｒ2）＝（メチル基、フェニル基）、（フェニル基、フェニル基）、（ビフェニル基、ビフェニル基）、または（ナフチル基、アルキル基）である。
【００１９】
上記手段によれば、材料の透明性、耐熱性などの観点から、ポリシランの具体的な構造が最適化される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の微細加工方法は、ポリシランからなる光学材料に対し、光照射し、照射部位の分子量を低下させた後、その分子量の低下したポリシランを洗浄により除去する方法である。
【００２３】
まず、ポリシラン（ポリシリン）は、主鎖がSi-Si結合から構成されたポリマーであり、上記（化１）の一般式で表される。なお、ポリシランは、直鎖状、枝分かれ状のいずれも適用可能であるが、成形性を考慮して枝分かれ状の方がより好ましい。また、ポリシランのガラス転移温度Ｔｇは、得られる光学材料が高温条件下でも安定した光学特性を維持できるように、１００〜１５０℃程度であることが好ましい。
【００２４】
上記（化１）において、置換基Ｒ₁、およびＲ₂は、特に限定されるものではないが、透明性に優れたものが好ましく用いられる。具体例として、メチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、n-ブチル基、n-ペンチル基、n-へキシル基、c-へキシル基、n-へプチル基、n-オクチル基、n-デシル基、n-テトラデシル基、n-ドデシル基、2-（3-シクロヘキセニル）エチル基、フェニル基、フェニルエチレン基、p-t-ブチルフェニル基、2,4,5-トリメチルフェニル基、ベンジル基、p-メトキシフェニル基、p-n-オクトキシフェニル基、p-ジメチルアミノフェニル基、3-ヒドロフェニルメチルエチレン基、p-メトキシフェニルプロピル基、β-ナフチル基、p-ビフェニル基、p-トシル基、トリメチルシリル基、p-トリメチルシリルフェニル基、p-（トリメチルシリル）メチルフェニル基、などを挙げることができる。その中でも特に、Ｒ₁、Ｒ₂がそれぞれメチル基、フェニル基であるポリメチルフェニルシラン、フェニル基、フェニル基であるポリジフェニルシラン、ビフェニル基、ビフェニル基であるポリジビフェニルシラン、アルキル基、ナフチル基であるポリアルキルナフチルシランは、透明性、Ｔｇともに高く、光導波路等の光学デバイスとして適しているため好ましく用いられる。さらに、その他の適用可能なポリシランとして下記の（化２）〜（化５）に示す物質を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。また、ポリシランはコスト等の観点からホモポリマーであることが望ましいが、場合によっては複数種のシランモノマーからなる共重合体を用いることもできる。
【００２５】
【化２】

【化３】

【化４】

【化５】

【００２６】
ポリシランの分子量は、小さ過ぎると、十分な力学特性が得られないため、ひび割れが起こりやすく、デバイス化ができない。またポリシランを洗浄により除去したときに光の照射部位以外の部位も溶解してしまい、加工面のエッジがシャープにならない場合がある。逆に分子量が大き過ぎると、成形性や透明性が低下する。したがって、これらのバランスを考慮して適宜設定される。具体的には、重量平均分子量で５×１０³〜１×１０⁵程度が適当であり、好ましくは１×１０⁴〜８×１０⁴である。
【００２７】
上記ポリシランを合成するに際しては、上述のような種々の構造を有するモノマーを原料として、従来知られた方法を適宜採用して行われる。具体例としては、アルカリ金属の存在下にクロロシラン類を脱塩素重縮合させる方法（キッピング法）、電極還元によりクロロシラン類を脱塩素重縮合させる方法、金属触媒の存在下にヒドロシラン類を脱水素重縮合させる方法、ビフェニルなどで架橋されたジシレンのアニオン重合による方法、環状シラン類の開環重合による方法などを挙げることができる。
【００２８】
上記ポリシランから光学材料を成形するにあたっては、種々の方法により成形することができる。例えば、ポリシランを適当な溶媒に溶かして溶液を作製し、その溶液からスピンコート、キャスティングなどの方法によりフィルム状の光学材料に成形することができる。その際、ポリシランの溶媒として、トルエン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、キシレン、またはベンゼンを用いると、成形体の透明性が特に優れるため好ましい。これは、ポリシランがこれらの溶媒に良く溶けて均一に分散するためと考えられる。
【００２９】
また、ポリシランを原料として、射出成形、溶融押出、プレス成形などの種々の方法により、ファイバ状、板状、シート状、フィルム状等の各種形状の光学材料を得ることができる。成形する際に原料を軟化させる温度は、ポリシランの構造や、分子量によっても異なり一概には決まらないが、一般的に、２８０〜３３０℃程度とすると、得られる光学材料の透明性が良いため好ましい。
【００３０】
次に、上記のポリシランから構成された光学材料に対し、特定の条件下で光照射する。光源としては、ポリシランの結合を開裂させて分子量を低下させることができるものであれば特に限定されないが、具体例としては、高圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ、エキシマレーザ等の紫外線レーザなどを挙げることができる。また、照射光の波長は、ポリシランの分子構造によっても異なるが、一般に２５６〜５３２ｎｍ、就中２５６〜３５５ｎｍとすることが好ましい。さらに、照射するに当たっては、特定の波長を照射するために、波長フィルタを用いることができる。また、レンズ等により集光してエネルギーを集中させても良い。
【００３１】
照射する光の強度は、小さ過ぎるとポリシランの光化学反応を誘起することができず、したがって分子量を低下させることができないため不適であり、逆に強度が大き過ぎると、照射部位の近傍も反応してしまう場合があるため、これらのバランスを考慮して適宜設定する。具体的には、照射する波長や、ポリシランの分子量、加工する深さによっても異なるが、材料表面のポリシランの分子量を１０００以下程度に低下させる強度が適当であり、具体的には、２０〜８０ｍＷ／ｃｍ²程度、就中３０〜８０ｍＷ／ｃｍ²程度とすることが好ましい。
【００３２】
また、光を照射するに当たっては、光学材料の温度を高くして行うことができる。これにより、ポリシランの反応性が高まり、分子量をより効率的に低下させることができる。具体的な温度は、光学材料の溶融温度を超えない範囲で適宜設定することができるが、例えばポリメチルフェニルシランからなる光学材料の場合、約５０〜８０℃が適当である。
【００３３】
続いて、上記の光照射により分子量が低下したポリシランを、洗浄することによって除去する。この洗浄工程は、例えば、洗浄液中に光照射済みのポリシラン材料を浸漬したり、ポリシラン材料に洗浄液をスプレーする等の手段により行われる。この工程により、分子量の低下したポリシランは除去され、それ以外の部位のポリシランは洗浄液に溶解しないか又は微少量しか溶解しないため、結果として微細なパターンを形成することができる。
【００３４】
また、特に、ポリシランを洗浄・除去する方法として、超音波洗浄が好ましく用いられる。超音波を加えることにより、微細な部位のポリシランを効率的に溶解させることができる。この理由は、洗浄液中に無数の真空に近い微小空洞（キャビティー）が発生しこれが破壊するときの強力な衝撃力と、超音波による微小振動（重力加速度の１０００〜１０万倍）がポリシランに作用するためと考えられる。
【００３５】
超音波の周波数は、特に限定されるものではないが、より高い周波数に設定した方が微細な部位のポリシランを溶解させ易いため好ましい。具体的には、２０〜１０００ｋＨｚ程度、就中２００〜８００ｋＨｚ程度とすることが好ましい。
【００３６】
洗浄液は、分子量が低下したポリシランの部位を優先的に溶解できるものであれば特に限定されず用いることができる。具体的には、イソプロピルアルコール、ヘキサン、エタノール等が好適に用いられる。その他の洗浄液、例えばトルエンは、光を照射する前のポリシランの分子量等によっても異なり、一概に言えないが、光の照射部位以外の部位のポリシランも溶解してしまうため好ましくない場合がある。
【００３７】
以上の微細加工方法を利用することにより、光導波路、光回折格子などの種々の光デバイスを作製することができる。具体的には、例えば、クラッドとなる基板上に、ポリシランからなる膜を形成し、その基板にマスクを介して紫外線を照射し、ポリシランの光化学反応を誘起して分子量を低下させ、その後、基板をイソプロピルアルコール等の洗浄液に浸漬しつつ超音波を加えることによって照射部位のポリシランのみを除去し、図１に示すようなリッジ型の光導波路１を得ることができる。図１において、１０はクラッドであり、１１はポリシランからなるコアである。また、図２に示すように、基板状のクラッド２０に上述の方法でポリシランのコア２１を形成し、さらにクラッド２２を積層することによって埋め込み型の光導波路２を得ることができる。さらに、光を干渉縞の状態で照射すれば、材料表面を周期的なパターンに微細加工でき、光回折格子を作製することもできる。
本発明に係る光導波路は、コアとクラッドを別材料で構成することができるので、従来の紫外線照射による屈折率変化を利用する場合に比べて、コアの光閉じ込め効果を大きくすることができ、したがって、小さな曲率半径の導波路等を作製し易くなる。また、ポリシランは耐熱性に優れるので、例えば自動車内に設置する光集積回路等に好適に利用できる。
【００３８】
【実施例】
以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、これらに限定されるものではない。
（実施例１）
ナトリウムをトルエンに溶かしてからジクロロメチルフェニルシランを滴下し、６時間還流してポリメチルフェニルシランを合成した。重量平均分子量は３×１０⁴であった。このポリシラン１０ｇを、トルエン５０ｍｌに溶解させ、攪拌して溶液を作製した。この溶液からスピンコートにより、クラッドとなる石英ガラス基板上に厚さ８μｍの膜を形成させた。
次に、得られた膜状の光学材料に対し、光源として高圧水銀ランプを用い、マスクを介して波長３５５ｎｍの紫外線を５秒間照射した。照射強度は、膜の表面において５０ｍＷ／ｃｍ²であった。その後、照射済みの材料をイソプロピルアルコール中に浸漬し、２００ｋＨｚの超音波を加えながら０．５分間洗浄を行った。その結果、その結果、コアの幅が１２０μｍ、深さ１μｍのリッジ型光導波路を得ることができた。また、光を導波させたところ、伝送損失が０．１２ｄＢ／ｃｍであった。
【００３９】
（比較例１）
超音波洗浄に用いる液体として、イソプロピルアルコールの代わりにメタノールを採用した以外は、上記実施例１と同様にして、光導波路の作製を試みた。
その結果、光照射した部位のみならず、ポリシラン膜の光照射していない部位まで溶解・除去されてしまい、目的の光導波路を得ることはできなかった。
【００４０】
【発明の効果】
以上、本発明に係る光学材料の微細加工方法は、ポリシラン材料に光照射し、照射部位のポリシランの分子量を低下させた上でその部位のポリシランを洗浄により除去するので、従来の紫外線による屈折率変化を利用する場合に比べて、光の閉じ込め効果を大きくすることができ、小さな曲率半径の導波路や正確な結合長を持つ方向性結合器等の製造に好適に応用することができる。
また、照射部位を洗浄する際に超音波を用いることにより、シャープでかつ効率的な微細加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光導波路を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係る光導波路を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１光導波路
１０クラッド
１１コア
２光導波路
２０クラッド
２１コア
２２クラッド[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fine processing method of an optical material. More specifically, the present invention relates to a fine processing method of an optical material that can be used when manufacturing various optical devices such as an optical waveguide and an optical diffraction grating.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, polysilane has attracted attention as one of organic materials constituting optical devices such as optical waveguides and optical diffraction gratings. Since polysilane has sufficient transparency and higher heat resistance than other resins, an optical device having excellent stability and durability can be obtained.
[0003]
In order to make the polysilane material into a device, it is necessary to finely control the optical characteristics in the material. Conventionally, the polysilane material is exclusively performed by a method of inducing a refractive index change by irradiating the polysilane with light such as ultraviolet rays. It was.
[0004]
For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-92313, an optical fiber structure having a core made of polysilane is formed, and a periodic refractive index change is given to the core by light irradiation, thereby providing an optical fiber type diffraction grating (fiber grating). Techniques for producing the are disclosed. Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-222234 discloses that a portion corresponding to a linear polysilane core is masked, and the refractive index is changed by irradiating the polysilane with light and using the portion where the mask is not applied as a cladding. An optical waveguide manufacturing method is disclosed. Further, Japanese Patent Laid-Open No. 11-287916 discloses a notch groove formed so as to cross the core of the optical waveguide, and the notch groove is filled with amorphous organic polysilane, and the polysilane is irradiated with light to change the refractive index. Thus, the phase of the asymmetric Mach-Zehnder interferometer is adjusted.
[0005]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-25282 discloses that phenyltrichlorosilane is present in a molar fraction of methylphenyldichlorosilane in the range of 0.01 to 0.50, and is desalted and condensed in the presence of metallic sodium to increase the organic silicon content. A technique is disclosed in which a molecular copolymer is produced, and an optical waveguide is produced by irradiating a thin film made of the copolymer with ultraviolet rays. Further, JP-A-5-65351 discloses an organic silicon polymer-containing polyethylene film characterized by containing 0.1 to 10% by weight of polymethylphenylsilane in polyethylene and having a thickness of 10 to 1000 μm. In Example 3, a technique for producing an optical circuit (optical waveguide) by irradiating the film with ultraviolet rays is disclosed.
[0006]
As described above, conventional polysilane optical devices are manufactured exclusively using the refractive index change caused by ultraviolet rays. Therefore, there is a limit to the difference in refractive index obtained (about 0.1), and there is a problem that the optical light confinement effect cannot be increased when an optical waveguide is manufactured. Therefore, it has been difficult to manufacture a waveguide with a small radius of curvature and a directional coupler having an accurate coupling length.
It has also been desired to further miniaturize the waveguide pattern.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, in view of the above-described conventional situation, the present invention can process an optical material made of polysilane with a finer pattern without using a change in refractive index due to ultraviolet rays, and can provide a waveguide with a small curvature radius and an accurate coupling length. The present invention provides a novel microfabrication method for optical materials that can be suitably applied to the production of directional couplers and the like.
[0008]
In order to solve the above-described problems, the optical material microfabrication method according to the present invention, as claimed in claim 1, irradiates the optical material comprising polysilane while heating to a temperature not exceeding the melting temperature of the optical material , After the molecular weight of the polysilane at the irradiated site is lowered, the polysilane having the lowered molecular weight is removed by washing.
[0009]
According to the above means, the polysilane at the irradiated site is more easily dissolved than the other sites, so that it is preferentially removed by washing and processed finely.
[0012]
Further, according to claim 2, in fine processing method according to claim 1 Symbol placing a liquid used for cleaning, characterized in that isopropyl alcohol, hexane, and ethanol.
[0013]
According to the above means, the type of cleaning liquid for sharp processing is specified in consideration of the balance between the solubility of polysilane at the irradiated site and the solubility of polysilane at other sites.
[0014]
A third aspect of the present invention is characterized in that, in the fine processing method according to the first or second aspect, the wavelength of light to be irradiated is 256 to 355 nm.
[0015]
According to the above means, light irradiation conditions are optimized from the viewpoint of efficiently cleaving the polysilane bond.
[0016]
A fourth aspect of the present invention is characterized in that, in the microfabrication method according to any one of the first to third aspects, the intensity of the irradiated light is 20 to 80 mW / cm <2>.
[0017]
According to the above means, the intensity of light for microfabrication is optimized in consideration of use for manufacturing an optical waveguide.
[0018]
Further, according to claim 5 , in the microfabrication method according to any one of claims 1 to 4 , the polysilane is represented by the above (Chemical Formula 1), polymethylphenylsilane, polydiphenylsilane, polydibiphenylsilane, or polyalkyl. It is one or more selected from naphthylsilane. That is, in the above (Chemical Formula 1), (R1, R2) = (methyl group, phenyl group), (phenyl group, phenyl group), (biphenyl group, biphenyl group), or (naphthyl group, alkyl group).
[0019]
According to the above means, the specific structure of the polysilane is optimized from the viewpoints of material transparency, heat resistance, and the like.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The microfabrication method of the present invention is a method in which an optical material made of polysilane is irradiated with light, the molecular weight of the irradiated portion is reduced, and then the polysilane having a reduced molecular weight is removed by washing.
[0023]
First, polysilane (polysilin) is a polymer whose main chain is composed of Si—Si bonds, and is represented by the general formula of (Chemical Formula 1). The polysilane can be either linear or branched, but is more preferably branched in consideration of moldability. Moreover, it is preferable that the glass transition temperature Tg of polysilane is about 100-150 degreeC so that the optical material obtained can maintain the stable optical characteristic also under high temperature conditions.
[0024]
In the above (Chemical Formula 1), the substituents R ₁ and R ₂ are not particularly limited, but those having excellent transparency are preferably used. Specific examples include methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, n-butyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, c-hexyl group, n-heptyl group, n- Octyl group, n-decyl group, n-tetradecyl group, n-dodecyl group, 2- (3-cyclohexenyl) ethyl group, phenyl group, phenylethylene group, pt-butylphenyl group, 2,4,5-trimethylphenyl Group, benzyl group, p-methoxyphenyl group, pn-octoxyphenyl group, p-dimethylaminophenyl group, 3-hydrophenylmethylethylene group, p-methoxyphenylpropyl group, β-naphthyl group, p-biphenyl group, A p-tosyl group, a trimethylsilyl group, a p-trimethylsilylphenyl group, a p- (trimethylsilyl) methylphenyl group, and the like can be given. Among them, in particular, R ₁ and R ₂ are a methyl group, a polymethylphenylsilane that is a phenyl group, a phenyl group, a polydiphenylsilane that is a phenyl group, a biphenyl group, a polydibiphenylsilane that is a biphenyl group, an alkyl group, and a naphthyl group, respectively. The polyalkylnaphthylsilane is preferably used because it has high transparency and Tg and is suitable as an optical device such as an optical waveguide. Furthermore, examples of other applicable polysilanes include the following (Chemical Formula 2) to (Chemical Formula 5), but are not limited thereto. The polysilane is preferably a homopolymer from the viewpoint of cost and the like, but in some cases, a copolymer composed of a plurality of types of silane monomers can be used.
[0025]
[Chemical 2]

[Chemical 3]

[Formula 4]

[Chemical formula 5]

[0026]
If the molecular weight of the polysilane is too small, sufficient mechanical properties cannot be obtained, so that cracks are likely to occur and a device cannot be formed. In addition, when the polysilane is removed by washing, parts other than the light irradiation part are also dissolved, and the edge of the processed surface may not be sharpened. On the other hand, if the molecular weight is too large, moldability and transparency are lowered. Therefore, it is appropriately set in consideration of these balances. Specifically, a weight average molecular weight of about 5 × 10 ³ to 1 × 10 ⁵ is appropriate, and preferably 1 × 10 ⁴ to 8 × 10 ⁴ .
[0027]
In synthesizing the polysilane, conventionally known methods are appropriately employed by using monomers having various structures as described above as raw materials. Specific examples include dechlorination polycondensation of chlorosilanes in the presence of an alkali metal (kipping method), dechlorination polycondensation of chlorosilanes by electrode reduction, and dehydrogenation polycondensation of hydrosilanes in the presence of a metal catalyst. Examples thereof include a method of condensation, a method of anionic polymerization of disilene crosslinked with biphenyl, and a method of ring-opening polymerization of cyclic silanes.
[0028]
In molding the optical material from the polysilane, it can be molded by various methods. For example, a solution can be prepared by dissolving polysilane in an appropriate solvent, and the solution can be formed into a film-like optical material by a method such as spin coating or casting. At that time, it is preferable to use toluene, tetrahydrofuran (THF), xylene, or benzene as the polysilane solvent because the transparency of the molded article is particularly excellent. This is considered because polysilane dissolves well in these solvents and is uniformly dispersed.
[0029]
Also, optical materials having various shapes such as a fiber shape, a plate shape, a sheet shape, and a film shape can be obtained by using polysilane as a raw material by various methods such as injection molding, melt extrusion, and press molding. The temperature at which the raw material is softened during molding varies depending on the structure of the polysilane and the molecular weight, and is not unconditionally determined. However, it is generally preferable that the temperature is about 280 to 330 ° C. because the resulting optical material has good transparency. .
[0030]
Next, the optical material composed of the polysilane is irradiated with light under specific conditions. The light source is not particularly limited as long as the molecular weight can be lowered by cleaving the polysilane bond, and specific examples include ultraviolet lasers such as a high pressure mercury lamp, a low pressure mercury lamp, and an excimer laser. Can do. Moreover, although the wavelength of irradiation light changes also with the molecular structure of polysilane, generally it is preferable to set it as 256-532 nm, especially 256-355 nm. Furthermore, when irradiating, a wavelength filter can be used to irradiate a specific wavelength. Further, the energy may be concentrated by condensing with a lens or the like.
[0031]
If the intensity of the irradiated light is too small, the photochemical reaction of polysilane cannot be induced, and therefore the molecular weight cannot be reduced, which is inappropriate. On the other hand, if the intensity is too large, the vicinity of the irradiated site also reacts. Therefore, it is set appropriately considering these balances. Specifically, although it depends on the wavelength of irradiation, the molecular weight of the polysilane, and the depth to be processed, the strength for reducing the molecular weight of the polysilane on the material surface to about 1000 or less is appropriate, specifically, 20 to 80 mW. / Cm ² , preferably 30 to 80 mW / cm ² .
[0032]
In addition, when irradiating light, the temperature of the optical material can be increased. Thereby, the reactivity of polysilane increases and molecular weight can be reduced more efficiently. The specific temperature can be appropriately set within a range not exceeding the melting temperature of the optical material. For example, in the case of an optical material made of polymethylphenylsilane, about 50 to 80 ° C. is appropriate.
[0033]
Subsequently, the polysilane having a reduced molecular weight due to the light irradiation is removed by washing. This cleaning step is performed, for example, by immersing the light-irradiated polysilane material in the cleaning liquid or spraying the cleaning liquid onto the polysilane material. By this step, the polysilane having a reduced molecular weight is removed, and the polysilane at other sites is not dissolved in the cleaning liquid or only a very small amount is dissolved. As a result, a fine pattern can be formed.
[0034]
In particular, ultrasonic cleaning is preferably used as a method for cleaning and removing polysilane. By applying ultrasonic waves, it is possible to efficiently dissolve the polysilane at a fine site. The reason for this is that innumerable micro-cavities (cavities) close to vacuum are generated in the cleaning liquid and the powerful impact force when it breaks, and micro vibrations (1000 to 100,000 times gravitational acceleration) due to ultrasonic waves are generated in polysilane. It is thought to work.
[0035]
The frequency of the ultrasonic wave is not particularly limited, but is preferably set to a higher frequency because polysilane in a fine part is easily dissolved. Specifically, it is preferably about 20 to 1000 kHz, especially about 200 to 800 kHz.
[0036]
The cleaning liquid is not particularly limited as long as it can preferentially dissolve the polysilane portion having a reduced molecular weight. Specifically, isopropyl alcohol, hexane, ethanol or the like is preferably used. Other cleaning liquids, such as toluene, differ depending on the molecular weight of the polysilane before irradiation with light and cannot be generally described, but may be unpreferable because polysilanes at sites other than the light irradiation site also dissolve.
[0037]
By utilizing the above microfabrication method, various optical devices such as an optical waveguide and an optical diffraction grating can be manufactured. Specifically, for example, a film made of polysilane is formed on a substrate to be a clad, and the substrate is irradiated with ultraviolet rays through a mask to induce a photochemical reaction of the polysilane to reduce the molecular weight, and then the substrate By applying ultrasonic waves while immersing the substrate in a cleaning solution such as isopropyl alcohol, only the polysilane at the irradiation site is removed, and a ridge-type optical waveguide 1 as shown in FIG. 1 can be obtained. In FIG. 1, 10 is a clad, and 11 is a core made of polysilane. Further, as shown in FIG. 2, the buried optical waveguide 2 can be obtained by forming the polysilane core 21 on the substrate-like clad 20 by the above-described method and further laminating the clad 22. Furthermore, if light is irradiated in the state of interference fringes, the material surface can be finely processed into a periodic pattern, and an optical diffraction grating can be produced.
In the optical waveguide according to the present invention, the core and the clad can be composed of different materials, so that the optical confinement effect of the core can be increased as compared with the case of using the conventional refractive index change due to ultraviolet irradiation, Therefore, it becomes easy to produce a waveguide having a small radius of curvature. Moreover, since polysilane is excellent in heat resistance, it can be suitably used for, for example, an optical integrated circuit installed in an automobile.
[0038]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is shown and this invention is demonstrated further in detail, it is not limited to these.
Example 1
After dissolving sodium in toluene, dichloromethylphenylsilane was added dropwise and refluxed for 6 hours to synthesize polymethylphenylsilane. The weight average molecular weight was 3 × 10 ⁴ . 10 g of this polysilane was dissolved in 50 ml of toluene and stirred to prepare a solution. From this solution, a film having a thickness of 8 μm was formed on a quartz glass substrate serving as a clad by spin coating.
Next, the obtained film-shaped optical material was irradiated with ultraviolet rays having a wavelength of 355 nm through a mask for 5 seconds using a high-pressure mercury lamp as a light source. The irradiation intensity was 50 mW / cm ² on the surface of the film. Thereafter, the irradiated material was immersed in isopropyl alcohol and washed for 0.5 minutes while applying an ultrasonic wave of 200 kHz. As a result, a ridge type optical waveguide having a core width of 120 μm and a depth of 1 μm was obtained. When light was guided, the transmission loss was 0.12 dB / cm.
[0039]
(Comparative Example 1)
An optical waveguide was produced in the same manner as in Example 1 except that methanol was used instead of isopropyl alcohol as the liquid used for ultrasonic cleaning.
As a result, not only the portion irradiated with light but also the portion of the polysilane film not irradiated with light was dissolved and removed, and the target optical waveguide could not be obtained.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, the microfabrication method of the optical material according to the present invention irradiates the polysilane material with light, reduces the molecular weight of the polysilane at the irradiated portion, and then removes the polysilane at the portion by washing. Compared with the case of using the change, the light confinement effect can be increased and can be suitably applied to the manufacture of a waveguide with a small radius of curvature, a directional coupler having an accurate coupling length, or the like.
Moreover, sharp and efficient microfabrication is possible by using an ultrasonic wave when cleaning the irradiated part.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing an optical waveguide according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing an optical waveguide according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical waveguide 10 Clad 11 Core 2 Optical waveguide 20 Clad 21 Core 22 Clad

Claims

The optical material made of polysilane is irradiated with light while being heated to a temperature not exceeding the melting temperature of the optical material to reduce the molecular weight of the polysilane at the irradiated site, and then the polysilane having the reduced molecular weight is removed by washing. A fine processing method of an optical material characterized by the above.

2. The microfabrication method according to claim 1, wherein the liquid used for cleaning is isopropyl alcohol, hexane, or ethanol.

3. The fine processing method for an optical material according to claim 1, wherein the wavelength of light to be irradiated is 256 to 355 nm.

4. The microfabrication method according to claim 1, wherein the intensity of irradiated light is 20 to 80 mW / cm <2>.

5. The microfabrication method according to claim 1, wherein the polysilane is one or more selected from polymethylphenylsilane, polydiphenylsilane, polydibiphenylsilane, or polyalkylnaphthylsilane represented by (Chemical Formula 1). A fine processing method for an optical material, characterized in that:

In the above (Chemical Formula 1), (R1, R2) = (methyl group, phenyl group), (phenyl group, phenyl group), (biphenyl group, biphenyl group), or (naphthyl group, alkyl group).