JP3982795B2 - Optical waveguide forming material and optical waveguide - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、光導波路形成用材料、および当該材料を用いた光導波路に関する。
【0002】
【従来の技術】
インターネット等が急速に普及した現在、情報をさらに高速・大量に伝達するための通信インフラの整備が急務とされている。具体的には、銅などの金属配線から、光導波路を用いた光インターコネクションへの移行が進められている。従来、このような光導波路は石英ガラス等の無機ガラス材料を用いて製造されていたが、その製造においては高温での熱処理が必要とされるため、基板上に直接そのような回路を形成することは極めて困難であった。
【0003】
高温での処理を必要としない光導波路用の材料としては、近年ではポリメタクリル酸メチル(PMMA)等の高分子材料を用いたものが提案されている。高分子材料を用いることにより、上記、高温での熱処理が不要となるだけでなく、大面積化やフィルム化等の加工が容易であるという利点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
通常、光導波路は、屈折率の高いコア層と屈折率の低いラッド層から構成される。高分子材料を用いてこのような屈折率差を得る方法としては、例えば、単量体の共重合比を変えた高分子材料を用いる方法、異なる高分子材料を用いる方法などが知られている。しかしながら、このような方法で光導波路を形成する場合には、組成(屈折率)の異なる2種以上の高分子材料を用意せねばならず、また、製造工程においても各々の高分子材料について塗布・硬化等させる必要があり、製造工程が複雑になるという欠点があった。さらにPMMA等の(メタ)アクリル酸エステル系の高分子材料は、光学的特性に優れるものの、一般に耐熱性が低いという欠点も有する。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記問題点を解決すべく研究を進め、未露光部分と露光部分との間に生じる溶剤に対する溶解度の差を利用してパターニングを行う材料である化学増幅型フォトレジストとして実用化されている、ある種のポリ(メタ)アクリル酸エステルおよび光酸発生剤からなる材料が、露光によりその組成に変化を生じることに着目、このポリ(メタ)アクリル酸エステルの構造と組成変化により生ずる屈折率差、耐熱性等につき種々検討した結果、本発明を完成した。
【0006】
即ち、本発明は、光を照射しない部分をコア層とし、光を照射した部分をクラッド層として光導波路を形成する光導波路形成用材料であって、脂環式骨格を有するアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステルに基づく単量体単位を含む重合体、および光酸発生剤を含むことを特徴とする光導波路形成用材料である。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
【0008】
本発明においては、光導波路形成用材料として脂環式骨格を有するアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステルに基づく単量体単位を含む重合体を使用する。
【0009】
脂環式骨格を有するアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステルに基づく単量体単位を含む重合体を用いることにより、光導波路において信号伝達用に使用される可視光又は近赤外光に対して透明性の高いものとすることができ、さらに得られる光導波路が高い耐熱性を有するものとなる。
【0010】
当該脂環式骨格を有するアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステルに基づく単量体単位を含む重合体は、後述する光酸発生剤に光を照射することにより発生する酸によって該エステル部分が開裂し、ポリ(メタ)アクリル酸とエステル開裂生成物とに変化する。なお当該エステル開裂生成物は脂環式骨格を有するアルコール又はその誘導体である。このエステルの開裂によって生じるポリ(メタ)アクリル酸とエステル開裂生成物との混合物は、脂環式骨格を有するアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステルに基づく単量体単位を含む重合体に比して屈折率が低くなるため、光照射しない部分(未露光部分)は、高い屈折率を有するコア層と、光照射した部分(露光部分)は相対的に低い屈折率を有するラッド層とすることができ、フォトマスク等を用いて光照射することにより任意のパターンを有す光導波路を形成することができる。
【0011】
脂環式骨格を有するアルコールとしては特に制限されず公知のいかなる化合物であってもよく、具体的には、シクロヘキサノール、1−メチルヘキサノール、2−メチルシクロヘキサノール、3−メチルシクロヘキサノール、4−メチルシクロヘキノール等の単環の脂環式骨格を有するアルコール;ボルニルアルコール、1−ノルボルニルアルコール2−ノルボルニルアルコール、1−アダマンタノール、2−アダマンタノール、2−メチル−2−アダマンタノール、2−エチル−2−アダマンタノール等の多環の脂環式骨格を有するアルコール等が挙げられる。
【0012】
上記脂環式骨格を有するアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステルに基づく単量体単位としては、具体的には、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸1−メチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2−メチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸3−メチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸4−メチルシクロヘキシル等の単環の脂環式骨格を有するアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステルに基づく単量体単位;(メタ)アクリル酸ボルニル、(メタ)アクリル酸1−ノルボルニル、(メタ)アクリル酸2−ノルボルニル、(メタ)アクリル酸1−アダマンチル、(メタ)アクリル酸2−アダマンチル、(メタ)アクリル酸2−メチル−2−アダマンチル、(メタ)アクリル酸2−エチル−2−アダマンチル等の多環の脂環式骨格を有するアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステルに基づく単量体単位等が挙げられる。
【0013】
本発明における重合体は上記の単量体単位いずれか一つのみからなる重合体であっても良いし、異なる複数の単量体単位を含むものであっても良い。
【0014】
さらに本発明における重合体は、本発明の効果を損なわない範囲において、上記の脂環式骨格を有するアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステルに基づく単量体単位に加えて、その他の単量体単位を含むものであっても良い。
【0015】
このようなその他の単量体単位としては特に制限されるものではないが、紫外〜近赤外領域において透明なものが好ましく、具体的には(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリロニトリル、酢酸ビニル等から得られる単量体単位等が挙げられる。
【0016】
本発明における重合体は、重合体中に脂環式骨格を有するアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステルに基づく単量体単位が含まれるのであれば特に制限されず、任意の単量体単位比で組み合わさっていて良いが、耐熱性が優れており、また光照射後に得られる屈折率差が大きい等の点で、重合体中、脂環式骨格を有するアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステルに基づく単量体単位とその他の単量体単位が、モル比で1:0〜1:100であることが好ましく、1:0〜1:10であることがより好ましい。
【0017】
さらに、脂環式骨格を有するアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステルに基づく単量体単位における脂環式骨格が、多環の脂環式骨格であることが、コア層、ラッド層共に耐熱性に優れ、また、エステル開裂生成物の安定性も大きく、さらには生じる屈折率差も大きい等の利点があり、結果として各種物性に優れる光導波路が得られるという点で特に好ましく、当該多環の脂環式骨格がアダマンタン骨格であることが最も好ましい。
【0018】
また、重合体を製造する際に多種の単量体を計量、混合する必要がなく、特別な注意を払わずとも常に一定の屈折率の重合体が得られる点で、重合体を構成する単量体単位が実質的に単一である重合体であることが好ましく、前記、多環の脂環式骨格を有するアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステルに基づく単量体単位のいずれか一つのみからなる重合体が最も好ましい。
【0019】
また、その重合体の重合度は耐熱性や成形性等の点から、100〜200,000であることが好ましく、1,000〜50,000であることが好ましい。
【0020】
上記重合体はその製造方法を特に制限されず、公知のいかなる方法で製造されたものであってもよいが、一般的には、各単量体単位に対応する単量体(脂環式骨格を有するアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル)に対し、ラジカル重合開始剤を適量配合し、加熱、光照射等で重合させることにより得られる。
【0021】
本発明の光導波路形成用材料の第二の成分は光酸発生剤である。なお、光酸発生剤とは、光を照射することによって結合が開裂するなどして、酸を発生するものとして定義される。
【0022】
前述の通り、脂環式骨格を有するアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステルに基づく単量体単位を含む重合体、および光酸発生剤を含む光導波路形成用材料の一部に光を照射すると、露光部分では酸が発生し、当該酸によりエステルが開裂、ポリ(メタ)アクリル酸とエステル開裂生成物を生じる。同時に、脂環式骨格を有するアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステルに基づく単量体単位を含む重合体からなる未露光部分と比較して、屈折率が低下する。その結果、未露光部分を高屈折率層(コア層)とし、露光部分を低屈折率層(ラッド層)とする光導波路を得ることができる。この場合、光照射量や光酸発生剤の添加量等の調整により、すべてのエステルの開裂を引き起こさず、生成するポリ(メタ)アクリル酸が、脂環式骨格を有するアルコール部分をエステル側鎖として部分的に有したものとすることが可能であり、これにより目的に応じて屈折率を調整することも可能である。なお、光導波路におけるコア層とラッド層の屈折率差は0.01以上であることが好ましく、0.03以上であることがより好ましい。
【0023】
具体的には、例えばメタクリル酸2−メチル−2−アダマンチルの単独重合体を本発明における重合体として用いた場合、光照射によりエステルが開裂し、ポリ(メタ)アクリル酸とメチレンアダマンタン(エステル開裂生成物)とが生じる。エステルの開裂がほぼ完全に進んだ場合、光照射前の屈折率は約1.54、光照射後の屈折率は約1.49(589.3nmでの値)となり、約0.05の屈折率差を生じる。
【0024】
当該光酸発生剤は前述の通り、光を照射することによって酸を発生する化合物であれば特に限定されず、公知の化合物をなんら制限なく使用できるが、光導波路において信号伝達用に主に使用される可視光又は近赤外光に対して透明な(感受性がない)化合物、即ち、紫外光により酸を発生する化合物であるのが好ましく、具体的には、アリールジアゾニウム塩、ジアリールヨードニウム塩、トリアリールスルホニウム塩、トリアリールホスホニウム塩などオニウム塩のテトラフルオロボレート、ヘキサフルオロホスフェート、ヘキサフルオロアルセネート、ヘキサフルオロアンチモネート;スルホン酸の2−ニトロベンジルエステル、イミノスルホナート、1−オキソ−2−ジアゾナフトキノン−4−スルホナート誘導体、N−ヒドロキシイミド=スルホナート、トリ(メタンスルホニルオキシ)ベンゼン誘導体;カルボン酸o−ニトロベンジルエステル、1−オキソ−2−ジアゾナフトキノン−5−アリールスルホナート;トリアリールリン酸エステル誘導体などが例示される。これら光酸発生剤は単独で用いても良いし、複数の種類のものを併用しても良い。
【0025】
脂環式骨格を有するアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステルに基づく単量体単位を含む重合体に対する光酸発生剤の配合割合は特に制限されるものではないが、十分なエステルの開裂を生じさせ、これにより屈折率差の制御を容易なものとするためには多い方が好ましく、一方得られる光導波路において散乱による光損失を少ないものとするためには少ないほうが好ましいため、一般には当該重合体100重量部に対し0.1〜15重量部とすることが好ましい。
【0026】
また、本発明における光導波路形成用材料には、必要に応じて、脂環式骨格を有するアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステルに基づく単量体単位を含む重合体、および光酸発生剤に加えて、その他の重合体や安定剤等を本発明の効果を損なわない範囲で配合しても良い。
【0027】
次に、本発明の光導波路形成用材料を用いた光導波路の具体的な製造方法の一例を図1を用いて説明する。
【0028】
まず、脂環式骨格を有するアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステルに基づく単量体単位を含む重合体をクロロホルム等の有機溶剤に溶解し、さらに所定量の光酸発生剤を加えて均一な溶液とする。このときの重合体濃度は得ようとする膜厚や重合体の重合度に応じて適宜選択すればよく、一般には1〜50重量%程度となるようにすれば良い。続いて、光導波路を形成しようとする基板2上に当該溶液をスピンコーティング、ディップコーティング等で塗布、有機溶剤を揮発・留去することにより薄膜1を得る(図1のa)。次に、所定のパターンのマスク孔を有するフォトマスク3を介して、紫外光を照射する(図1のb)。これにより、未露光部分(脂環式骨格を有するアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステルに基づく単量体単位を含む重合体からなる)からなる高屈折率層(コア層;4)と、露光部分(ポリ(メタ)アクリル酸とエステル開裂生成物とからなる)からなる低屈折率層(ラッド層;5)とを得ることができ、前記フォトマスクのパターンに応じた光導波路が得られる(図1のc)。
【0029】
こうして得られた光導波路はさらに必要に応じて各種重合体により更に被覆することも可能である。
【0030】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【0031】
実施例1ポリメタクリル酸2−メチル−2−アダマンチル10重量部、光酸発生剤4−フェニルチオフェニルジフェニルスルホニウムのヘキサフルオロアンチモネート0.1重量部をクロロホルム90重量部に溶解した。これをガラス基板上にスピンコーティングした後、常温で真空乾燥することによりクロロホルムを留去して薄膜を得た。幅4〜20μmの光導波路パターンを刻んだフォトマスクを用いて、波長313nm、照度200mW/cmの紫外線を照射した。
【0032】
得られた光導波路の屈折率を、波長589.3nm、20℃で測定した結果、コア層(未露光部)の屈折率は1.537、ラッド層(露光部)の屈折率は1.491であった。
【0033】
また、この光導波路は、100℃においても軟化、溶融等は見られず、耐熱性に優れていることが明らかであった。
【0034】
実施例2
ポリメタクリル酸1−メチルシクロヘキシル10重量部、光酸発生剤4−フェニルチオフェニルジフェニルスルホニウムのヘキサフルオロアンチモネート0.1重量部をクロロホルム90重量部に溶解した。これをガラス基板上にスピンコーティングした後、常温で真空乾燥することによりクロロホルムを留去して薄膜を得た。幅4〜20μmの光導波路パターンを刻んだフォトマスクを用いて、波長313nm、照度200mW/cmの紫外線を照射した。
【0035】
得られた光導波路の屈折率を、波長589.3nm、20℃で測定した結果、コア層(未露光部)の屈折率は1.511、ラッド層(露光部)の屈折率は1.491であり、当該波長において0.02の屈折率差を生じた。また、この光導波路の軟化温度は約90℃であった。
【0036】
比較例1
ポリメタクリル酸エチル10重量部、光酸発生剤4−フェニルチオフェニルジフェニルスルホニウムのヘキサフルオロアンチモネート0.1重量部をクロロホルム90重量部に溶解した。これをガラス基板上にスピンコーティングした後、常温で真空乾燥することによりクロロホルムを留去して薄膜を得た。幅4〜20μmの光導波路パターンを刻んだフォトマスクを用いて、波長313nm、照度200mW/cmの紫外線を照射した。
【0037】
得られた光導波路の屈折率を、波長589.3nm、20℃で測定した結果、コア層(未露光部)の屈折率は1.489、ラッド層(露光部)の屈折率は1.491であり、当該波長において十分な屈折率差は得られなかった。またこの場合には、80℃まで加熱したところ光導波路の軟化が見られた。
【0038】
【発明の効果】
本発明によれば、高屈折率(コア)層と低屈折率(ラッド)層を、同一の組成の材料からなる皮膜に対し光照射を行なうことにより簡便に生成させることが可能であり、またフォトマスクを用いた光照射という高精度の方法により、優れた光導波路を形成することができる。さらに、得られる光導波路は耐熱性に優れており、さらには、用いる重合体の単量体単位の組み合わせや光照射条件等を適宜選択することにより屈折率を調整することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の光導波路形成用材料よりなる薄膜から光導波路を形成する工程の模式図。
【符号の説明】
1.脂環式骨格を有するアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステルに基づく単量体単位を含む重合体および光酸発生剤からなる膜。
2.基板
3.フォトマスク
4.コア(高屈折率)層
5.ラッド(低屈折率)層
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an optical waveguide forming material and an optical waveguide using the material.
[0002]
[Prior art]
With the rapid spread of the Internet and the like, there is an urgent need to develop a communication infrastructure for transmitting information at high speed and in large quantities. Specifically, a shift from metal wiring such as copper to optical interconnection using an optical waveguide is being promoted. Conventionally, such an optical waveguide has been manufactured using an inorganic glass material such as quartz glass. However, since the manufacturing requires heat treatment at a high temperature, such a circuit is formed directly on the substrate. It was extremely difficult.
[0003]
In recent years, materials using a polymer material such as polymethyl methacrylate (PMMA) have been proposed as materials for optical waveguides that do not require high-temperature treatment. By using a polymer material, there is an advantage that not only the above-described heat treatment at high temperature is unnecessary, but also processing such as enlargement of area and film formation is easy.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Usually, the optical waveguide is composed of a lower clad layer having a refractive index and high refractive index core layer. As a method for obtaining such a refractive index difference using a polymer material, for example, a method using a polymer material in which the copolymerization ratio of monomers is changed, a method using a different polymer material, and the like are known. . However, when an optical waveguide is formed by such a method, two or more kinds of polymer materials having different compositions (refractive indexes) must be prepared, and each polymer material is applied in the manufacturing process. -It had to be hardened and the manufacturing process was complicated. Furthermore, although a (meth) acrylic acid ester-based polymer material such as PMMA is excellent in optical characteristics, it generally has a drawback of low heat resistance.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have advanced research to solve the above problems and put it to practical use as a chemically amplified photoresist that is a material for patterning by utilizing the difference in solubility in a solvent generated between an unexposed part and an exposed part. Focusing on the fact that a material composed of a certain kind of poly (meth) acrylate and photoacid generator changes its composition by exposure, the structure and composition change of this poly (meth) acrylate As a result of various investigations on the difference in refractive index and heat resistance, the present invention was completed.
[0006]
That is, the present invention relates to an optical waveguide forming material for forming an optical waveguide using a portion not irradiated with light as a core layer and a portion irradiated with light as a cladding layer, and an alcohol having an alicyclic skeleton and (meth) An optical waveguide forming material comprising a polymer containing a monomer unit based on an ester with acrylic acid, and a photoacid generator.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0008]
In the present invention, a polymer containing a monomer unit based on an ester of an alcohol having an alicyclic skeleton and (meth) acrylic acid is used as an optical waveguide forming material.
[0009]
By using a polymer containing a monomer unit based on an ester of an alcohol having an alicyclic skeleton and (meth) acrylic acid, visible light or near infrared light used for signal transmission in an optical waveguide Therefore, the resulting optical waveguide has high heat resistance.
[0010]
A polymer containing a monomer unit based on an ester of an alcohol having an alicyclic skeleton and (meth) acrylic acid has an ester portion formed by an acid generated by irradiating light to a photoacid generator described later. Cleavage to poly (meth) acrylic acid and ester cleavage product. The ester cleavage product is an alcohol having an alicyclic skeleton or a derivative thereof. The mixture of poly (meth) acrylic acid and ester cleavage product resulting from the cleavage of this ester is compared to a polymer containing monomer units based on an ester of an alcohol having an alicyclic skeleton and (meth) acrylic acid. since the refractive index becomes lower, and a portion not irradiated with light (unexposed portion), a core layer having a high refractive index, the light irradiated portion (exposed portion) and a clad layer having a relatively low refractive index An optical waveguide having an arbitrary pattern can be formed by irradiating light using a photomask or the like.
[0011]
The alcohol having an alicyclic skeleton is not particularly limited and may be any known compound, specifically, cyclohexanol, 1-methylhexanol, 2-methylcyclohexanol, 3-methylcyclohexanol, 4- Alcohol having a monocyclic alicyclic skeleton such as methylcyclohexol; bornyl alcohol, 1-norbornyl alcohol , 2-norbornyl alcohol, 1-adamantanol, 2-adamantanol, 2-methyl-2- Examples thereof include alcohols having a polycyclic alicyclic skeleton such as adamantanol and 2-ethyl-2-adamantanol.
[0012]
Specific examples of the monomer unit based on an ester of an alcohol having an alicyclic skeleton and (meth) acrylic acid include cyclohexyl (meth) acrylate, 1-methylcyclohexyl (meth) acrylate, (meth Based on ester of (meth) acrylic acid with alcohol having monocyclic alicyclic skeleton such as 2-methylcyclohexyl acrylate, 3-methylcyclohexyl (meth) acrylate, 4-methylcyclohexyl (meth) acrylate Monomer unit; bornyl (meth) acrylate, 1-norbornyl (meth) acrylate, 2-norbornyl (meth) acrylate, 1-adamantyl (meth) acrylate, 2-adamantyl (meth) acrylate, (meth ) 2-methyl-2-adamantyl acrylate, 2-ethyl-2-adamantyl (meth) acrylate Monomer unit or the like based on esters of alcohol and (meth) acrylic acid having a polycyclic alicyclic skeleton can be given the like.
[0013]
The polymer in the present invention may be a polymer composed of only one of the above monomer units, or may include a plurality of different monomer units.
[0014]
Furthermore, the polymer in the present invention is not limited to the effects of the present invention, but in addition to the monomer unit based on the ester of the alcohol having the alicyclic skeleton and (meth) acrylic acid, other single amount It may include a body unit.
[0015]
Although it does not restrict | limit especially as such other monomer units, A transparent thing is preferable in an ultraviolet-near infrared region, Specifically, (meth) methyl acrylate, (meth) ethyl acrylate And monomer units obtained from propyl (meth) acrylate, hexyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, (meth) acrylamide, (meth) acrylonitrile, vinyl acetate and the like.
[0016]
The polymer in the present invention is not particularly limited as long as it contains a monomer unit based on an ester of an alcohol having an alicyclic skeleton and (meth) acrylic acid in the polymer, and any monomer unit. In the polymer, alcohol having a cycloaliphatic skeleton and (meth) acrylic acid may be combined with each other in terms of excellent heat resistance and a large difference in refractive index obtained after light irradiation. The monomer unit based on the ester and the other monomer units are preferably in a molar ratio of 1: 0 to 1: 100, more preferably 1: 0 to 1:10.
[0017]
Further, the alicyclic skeleton in monomer unit based on esters of alcohol and (meth) acrylic acid having an alicyclic skeleton, it is an alicyclic skeleton of polycyclic core layer, clad layer together It is particularly preferable in that it has excellent heat resistance, has a large stability of the ester cleavage product, and also has a large difference in refractive index, resulting in an optical waveguide having excellent physical properties. Most preferably, the alicyclic skeleton of the ring is an adamantane skeleton.
[0018]
In addition, it is not necessary to weigh and mix various monomers when producing a polymer, and a polymer having a constant refractive index can always be obtained without taking special care. The polymer unit is preferably a polymer having a substantially single monomer unit, and any one of the monomer units based on the ester of (meth) acrylic acid with an alcohol having a polycyclic alicyclic skeleton. A polymer consisting of only one is most preferred.
[0019]
The degree of polymerization of the polymer is preferably 100 to 200,000, and preferably 1,000 to 50,000, from the viewpoint of heat resistance and moldability.
[0020]
The production method of the polymer is not particularly limited, and may be produced by any known method. Generally, however, the monomer (alicyclic skeleton) corresponding to each monomer unit is used. It is obtained by blending an appropriate amount of a radical polymerization initiator with respect to an ester of (meth) acrylic acid having alcohol and polymerizing by heating, light irradiation or the like.
[0021]
The second component of the optical waveguide forming material of the present invention is a photoacid generator. In addition, a photo-acid generator is defined as what generate | occur | produces an acid, for example, a bond is cleaved by irradiating light.
[0022]
As described above, light is irradiated to a part of a material for forming an optical waveguide containing a polymer containing a monomer unit based on an ester of an alcohol having an alicyclic skeleton and (meth) acrylic acid, and a photoacid generator. Then, an acid is generated in the exposed portion, and the ester is cleaved by the acid to produce poly (meth) acrylic acid and an ester cleavage product. At the same time, the refractive index is lowered as compared with an unexposed portion made of a polymer containing a monomer unit based on an ester of an alcohol having an alicyclic skeleton and (meth) acrylic acid. As a result, it is possible to obtain an optical waveguide and an unexposed portion high refractive index layer (core layer), and the exposed portion low refractive index layer (clad layer). In this case, by adjusting the amount of light irradiation, the amount of photoacid generator added, etc., all the esters are not cleaved, and the poly (meth) acrylic acid to be produced has an ester side chain with an alcohol moiety having an alicyclic skeleton. It is also possible to adjust the refractive index according to the purpose. Incidentally, it is preferable that the refractive index difference between the core layer and the clad layer is 0.01 or more in the optical waveguide, and more preferably 0.03 or more.
[0023]
Specifically, for example, when a homopolymer of 2-methyl-2-adamantyl methacrylate is used as the polymer in the present invention, the ester is cleaved by light irradiation, and poly (meth) acrylic acid and methylene adamantane (ester cleavage). Product). When the ester cleavage proceeds almost completely, the refractive index before light irradiation is about 1.54, the refractive index after light irradiation is about 1.49 (value at 589.3 nm), and the refractive index is about 0.05. Create a rate difference.
[0024]
As described above, the photoacid generator is not particularly limited as long as it is a compound that generates acid when irradiated with light, and any known compound can be used without any limitation, but it is mainly used for signal transmission in an optical waveguide. It is preferably a compound that is transparent (insensitive) to visible light or near infrared light, that is, a compound that generates an acid by ultraviolet light. Specifically, an aryldiazonium salt, a diaryliodonium salt, Tetrafluoroborate, hexafluorophosphate, hexafluoroarsenate, hexafluoroantimonate of onium salts such as triarylsulfonium salt and triarylphosphonium salt; 2-nitrobenzyl ester of sulfonic acid, iminosulfonate, 1-oxo-2- Diazonaphthoquinone-4-sulfonate derivative, N-hydroxy Bromide = sulfonate, tri (methanesulfonyloxy) benzene derivatives; carboxylic acid o- nitrobenzyl ester, 1-oxo-2-diazonaphthoquinone-5-arylsulfonate; and triaryl phosphate ester derivative is exemplified. These photoacid generators may be used alone or in combination of a plurality of types.
[0025]
The blending ratio of the photoacid generator to the polymer containing a monomer unit based on an ester of an alcohol having an alicyclic skeleton and (meth) acrylic acid is not particularly limited, but sufficient ester cleavage is performed. In order to make it easy to control the difference in refractive index, it is preferable that it is large. On the other hand, in order to reduce light loss due to scattering in the obtained optical waveguide, it is preferable that it is small. It is preferable to set it as 0.1-15 weight part with respect to 100 weight part of polymers.
[0026]
In addition, the optical waveguide forming material in the present invention includes, if necessary, a polymer containing a monomer unit based on an ester of an alcohol having an alicyclic skeleton and (meth) acrylic acid, and a photoacid generator. In addition, other polymers, stabilizers and the like may be blended within a range not impairing the effects of the present invention.
[0027]
Next, an example of a specific method for manufacturing an optical waveguide using the optical waveguide forming material of the present invention will be described with reference to FIG.
[0028]
First, a polymer containing monomer units based on an ester of an alcohol having an alicyclic skeleton and (meth) acrylic acid is dissolved in an organic solvent such as chloroform, and a predetermined amount of a photoacid generator is added to uniformly Make a solution. The polymer concentration at this time may be appropriately selected according to the film thickness to be obtained and the degree of polymerization of the polymer, and generally may be about 1 to 50% by weight. Subsequently, the solution is applied onto the substrate 2 on which the optical waveguide is to be formed by spin coating, dip coating, or the like, and the organic solvent is volatilized and distilled off to obtain the thin film 1 (a in FIG. 1). Next, ultraviolet light is irradiated through a photomask 3 having a mask hole of a predetermined pattern (b in FIG. 1). Thereby, a high refractive index layer (core layer; 4) comprising an unexposed portion (consisting of a polymer containing a monomer unit based on an ester of an alcohol having an alicyclic skeleton and (meth) acrylic acid); exposed portion (poly (meth) consisting of acrylic acid and ester cleavage product) consisting of a low refractive index layer (clad layer; 5) and can be obtained, an optical waveguide is obtained in accordance with the pattern of the photomask (C in FIG. 1).
[0029]
The optical waveguide thus obtained can be further coated with various polymers as required.
[0030]
【Example】
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
[0031]
Example 1 10 parts by weight of polymethyl 2-methyl-2-adamantyl methacrylate and 0.1 part by weight of hexafluoroantimonate of a photoacid generator 4-phenylthiophenyldiphenylsulfonium were dissolved in 90 parts by weight of chloroform. After spin coating this on a glass substrate, chloroform was distilled off by vacuum drying at room temperature to obtain a thin film. Using a photomask engraved with an optical waveguide pattern having a width of 4 to 20 μm, ultraviolet rays having a wavelength of 313 nm and an illuminance of 200 mW / cm 2 were irradiated.
[0032]
The refractive index of the obtained optical waveguide, wavelength 589.3 nm, the results measured at 20 ° C., the refractive index of the core layer (unexposed portion) 1.537, the refractive index of the clad layer (exposed portion) is 1. 491.
[0033]
Further, it was clear that this optical waveguide was excellent in heat resistance without being softened or melted at 100 ° C.
[0034]
Example 2
10 parts by weight of 1-methylcyclohexyl polymethacrylate and 0.1 part by weight of hexafluoroantimonate of a photoacid generator 4-phenylthiophenyldiphenylsulfonium were dissolved in 90 parts by weight of chloroform. After spin coating this on a glass substrate, chloroform was distilled off by vacuum drying at room temperature to obtain a thin film. Using a photomask engraved with an optical waveguide pattern having a width of 4 to 20 μm, ultraviolet rays having a wavelength of 313 nm and an illuminance of 200 mW / cm 2 were irradiated.
[0035]
The refractive index of the obtained optical waveguide, wavelength 589.3 nm, the results measured at 20 ° C., the refractive index of the core layer (unexposed portion) 1.511, the refractive index of the clad layer (exposed portion) is 1. 491, which produced a refractive index difference of 0.02 at that wavelength. The softening temperature of this optical waveguide was about 90 ° C.
[0036]
Comparative Example 1
10 parts by weight of polyethyl methacrylate and 0.1 part by weight of hexafluoroantimonate of photoacid generator 4-phenylthiophenyldiphenylsulfonium were dissolved in 90 parts by weight of chloroform. After spin coating this on a glass substrate, chloroform was distilled off by vacuum drying at room temperature to obtain a thin film. Using a photomask engraved with an optical waveguide pattern having a width of 4 to 20 μm, ultraviolet rays having a wavelength of 313 nm and an illuminance of 200 mW / cm 2 were irradiated.
[0037]
The refractive index of the obtained optical waveguide, wavelength 589.3 nm, the results measured at 20 ° C., the refractive index of the core layer (unexposed portion) 1.489, the refractive index of the clad layer (exposed portion) is 1. It was 491, and a sufficient refractive index difference was not obtained at this wavelength. In this case, the optical waveguide was softened when heated to 80 ° C.
[0038]
【The invention's effect】
According to the present invention, a high refractive index (core) layer and a low refractive index (clad) layer, it is possible to easily produce by contrast film made of a material of the same composition is irradiated with light, Further, an excellent optical waveguide can be formed by a highly accurate method of light irradiation using a photomask. Furthermore, the obtained optical waveguide is excellent in heat resistance, and it is also possible to adjust the refractive index by appropriately selecting a combination of monomer units of the polymer to be used, light irradiation conditions, and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a process of forming an optical waveguide from a thin film made of the optical waveguide forming material of the present invention.
[Explanation of symbols]
1. A film comprising a polymer containing a monomer unit based on an ester of an alcohol having an alicyclic skeleton and (meth) acrylic acid, and a photoacid generator.
2. Substrate 3. Photomask4. 4. Core (high refractive index) layer Clad (low refractive index) layer

Claims (4)

光を照射しない部分をコア層とし、光を照射した部分をクラッド層として光導波路を形成する光導波路形成用材料であって、脂環式骨格を有するアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステルに基づく単量体単位を含む重合体、および光酸発生剤を含むことを特徴とする光導波路形成用材料。 An optical waveguide forming material for forming an optical waveguide with a portion not irradiated with light as a core layer and a portion irradiated with light as a cladding layer, and an ester of alcohol having an alicyclic skeleton and (meth) acrylic acid An optical waveguide forming material comprising: a polymer containing a monomer unit based thereon; and a photoacid generator. 前記脂環式骨格がアダマンタン骨格であることを特徴とする請求項1に記載の光導波路形成用材料。The material for forming an optical waveguide according to claim 1, wherein the alicyclic skeleton is an adamantane skeleton. 請求項1または2に記載の光導波路形成用材料を用いた光導波路。An optical waveguide using the optical waveguide forming material according to claim 1 or 2. 請求項記載の光導波路を形成されてなる半導体装置。A semiconductor device formed with the optical waveguide according to claim 3 .
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