JP4186462B2

JP4186462B2 - 光導波路の形成方法

Info

Publication number: JP4186462B2
Application number: JP2001394902A
Authority: JP
Inventors: 祐一江利山; 研太郎玉木; 英明高瀬; 友広宇高
Original assignee: JSR Corp
Current assignee: JSR Corp
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2021-12-26
Also published as: JP2003195081A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光ＩＣ、光モジュール、ＬＥＤ、ＬＤ等の光デバイスに搭載される光導波路の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光デーダリンクモジュール、光ＩＣ、ＬＥＤ、ＬＤ等の発光素子、フォトダイオード、フォトトランジスター等の受光素子が搭載されてきており、同一基板内においても、これら発光素子や受光素子を光導波路で接続することが要求されている。このような要求に対して、光ファイバーと光コネクターとを組み合わせて素子間を接続する方法等が提案されており、例えば、特開平３−２９９０５号公報等に記載されているように、配線板上に形成された絶縁膜内に光ファイバーを埋め込む方法等が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光ファイバーを使用する場合には、光ファイバーを引っかけたりして損傷させたり切断させたりする恐れがあり、その取扱いに注意を要するとともに、光データバスや光アドレスバス等では多数の光ファイバーを接続する必要があり、その配列だけでも非常に手間がかかるものであり、生産性に劣るという問題点を有していた。また、光ファイバーの固定もソルダーレジスト等への埋め込み作業は非常に煩雑なものとなる。さらに、光コネクタによる配線では、省スペース化が困難であるという問題点をも有していた。
本発明は、光導波路を効率的に、容易に形成することができる光導波路の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記のような従来技術の問題点に鑑み、光導波路を形成方法について鋭意検討することによって本発明に到達したものである。すなわち、本発明は、下部クラッド層をドライフィルムを用いて形成する工程（Ａ）と、工程（Ａ）の後、コア部分をドライフィルムを用いて形成する工程（Ｂ）と、工程（Ｂ）の後、上部クラッド層を形成する工程（Ｃ）とを含み、かつ、工程（Ｂ）が、下部クラッド層上に、放射線硬化性樹脂からなるドライフィルムを積層した後、光導波路のパターンに従って該ドライフィルムに露光して部分的に硬化させ、次いで、未硬化のままの未露光部分を現像剤を用いて除去して、露光により硬化した部分として残存するコア部分を得る工程であることを特徴とする光導波路の製造方法を提供するものである。
【０００５】
本発明のドライフィルムは、ポリエチレンテレフタレート等のベースフィルムと、ベースフィルム上に形成された樹脂層とからなり、必要に応じて、ベースフィルムと反対側にポリエチレンやポリプロピレン等のカバーフィルムを保護フィルムとしてラミネートし、樹脂層がベースフィルムとカバーフィルムとの間に挟まれる構造としてもよい。
【０００６】
上記において、樹脂層は（メタ）アクリル系重合体は、例えば（Ａ）（メタ）アクリル系重合体、（Ｂ）分子中に２個以上の重合性反応基を有する化合物および（Ｃ）放射線重合開始剤を含む樹脂組成物を挙げることができる。特にコア部分を形成するためのドライフィルムには放射線硬化性樹脂組成物を使用することができる。
（Ａ）（メタ）アクリル系重合体としては、カルボキシル基を有するラジカル重合性化合物とそれ以外のラジカル重合性化合物から得られるアルカリ可溶性共重合体ならびに下記一般式（１）で表される重合体を使用することが好ましい。一般式（１）
【化１】

［R₁,R₂,R₃は水素または1〜12の炭素鎖を有するアルキル基、Ｘはカルボキシル基を有する基、Ｙは重合性基を有する基、ＺはXおよびY以外の有機基である］
【０００７】
本発明においてドライフィルムは、ベースフィルム上に上記（Ａ）〜（Ｃ）成分を含む組成物を直接、塗布することによっても製造できるが、有機溶剤に溶解させ、スピンコート法、ディッピング法、スプレー法、バーコート法、ロールコート法、カーテンコート法、グラビア印刷法、シルクスクリーン法、またはインクジェット法等の方法を用いて塗布した後、乾燥機等を用いて溶剤を飛散させる方法でも製造できる。この場合、有機溶剤としては、前記成分（Ａ）の共重合体の調製時に使用される有機溶剤を用いることができ、特に、沸点の高くない溶剤が好ましい。これら溶剤は、単独あるいは２種以上を混合して使用することができ、（Ａ）〜（Ｃ）成分の合計量１００重量部に対して、１０〜１５０重量部の範囲内の値とすることが好ましい。
【０００８】
本発明においては、下部クラッド層およびコア部分の少なくとも１つ、好ましくは両方をドライフィルムで形成する。
なお、下部クラッド層形成用ドライフィルムとコア部分形成用ドライフィルムとの屈折率差は０．１％以上であることが必要である。
【０００９】
本発明においては、ドライフィルムレジストを、ベースフィルムが上になるように基板にカバーフィルムを除去しながら、常圧熱ロール圧着法、真空熱ロール圧着法、真空熱プレス圧着法等の積層方法を用いて、適当な熱と圧力を加えながら、積層する。
次いで、下部クラッド層の場合にはそのまま熱または放射線により硬化する。一方、下部クラッド層と同様にして下部クラッド上に積層した後、所望の光導波路のパターンが描かれたフォトツールをベースフィルム上に載置し、紫外線露光法、可視光露光法、レーザー露光法等を用いて、フォトツールを通して感光性樹脂層に露光する。これによって、感光性樹脂層の露光部分では光重合が進み硬化し、フォトツールのパターンによって遮光された部分（未露光部分）は未硬化のままとなる。
【００１０】
その後、ベースフィルム１を剥離して、炭酸ナトリウム水溶液、リン酸ナトリウム水溶液、炭酸カリウム水溶液等の現像剤を用いて未硬化部分の除去を行う。現像剤には、少量の消泡剤や界面活性剤を添加してもよい。また、未露光部分の除去は、一般的には現像剤をスプレー法によって吹き付ける方法が使用されるが、現像剤中に浸漬させる浸漬法で行うこともできる。
未露光部分の除去を行うことによって、フォトツール８のパターンに従った、コア部分の下にクラッド層形成される。
【００１１】
次いで上部クラッド層を形成する。本発明においては、上部クラッド層は下部クラッド層と同様の樹脂層からなることが好ましい。
上部クラッド層はドライフィルムを用いて形成することもできるが、樹脂成分と有機溶剤からなる塗布液を下部クラッド層およびコア部分に塗布し、熱または放射線により硬化することにより形成することができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
共重合体（Ａ）の調製例１
ドライアイス／メタノール還流器の付いたフラスコを窒素置換した後、重合開始剤として２，２‘−アゾビスイソブチロニトリルを１．３ｇ、有機溶剤として乳酸エチルを５３．８ｇを仕込み、重合開始剤が溶解するまで攪拌した。引き続いて、メタクリル酸６．７ｇ、ジシクロペンタニルメタクリレート１５．７ｇ、スチレン９．０ｇ、およびｎ−ブチルアクリレート１３．５ｇを仕込んだ後、緩やかに攪拌を始めた。その後、溶液の温度を８０℃に上昇させ、この温度で４時間重合を行った。その後、反応生成物を多量のヘキサンに滴下して反応生成物を凝固させた。さらに、この凝固物と同重量のテトラヒドロフランに再溶解し、多量のヘキサンで再度凝固させた。この再溶解−凝固操作を計３回行った後、得られた凝固物を４０℃で４８時間真空乾燥し、目的とする共重合体Ａ−１を得た。
【００１３】
共重合体（Ａ）の調製例２
ドライアイス／メタノール還流器の付いたフラスコを窒素置換した後、重合開始剤として２，２‘−アゾビスジメチルバレロニトリルを０．５ｇ、有機溶剤として乳酸エチルを５４．３ｇを仕込み、重合開始剤が溶解するまで攪拌した。引き続いて、メタクリル酸４．５ｇ、ジシクロペンタニルメタクリレート９．０ｇ、メチルメタクリレート２０．４ｇ、およびｎ−ブチルアクリレート１１．３ｇを仕込んだ後、緩やかに攪拌を始めた。その後、溶液の温度を８０℃に上昇させ、この温度で４時間重合を行った。その後、反応生成物を多量のヘキサンに滴下して反応生成物を凝固させた。さらに、この凝固物と同重量のテトラヒドロフランに再溶解し、多量のヘキサンで再度凝固させた。この再溶解−凝固操作を計３回行った後、得られた凝固物を４０℃で４８時間真空乾燥し、目的とする共重合体Ａ−２を得た。
【００１４】
共重合体（Ａ）の調製例３
ドライアイス／メタノール還流器の付いたフラスコを窒素置換した後、重合開始剤として２，２‘−アゾビスイソブチロニトリルを１．３ｇ、有機溶剤として乳酸エチルを５３．８ｇを仕込み、重合開始剤が溶解するまで攪拌した。引き続いて、メタクリル酸６．７ｇ、イソボルニルメタクリレート１５．７ｇ、スチレン９．０ｇ、およびｎ−ブチルアクリレート１３．５ｇを仕込んだ後、緩やかに攪拌を始めた。その後、溶液の温度を８０℃に上昇させ、この温度で４時間重合を行った。その後、反応生成物を多量のヘキサンに滴下して反応生成物を凝固させた。さらに、この凝固物と同重量のテトラヒドロフランに再溶解し、多量のヘキサンで再度凝固させた。この再溶解−凝固操作を計３回行った後、得られた凝固物を４０℃で４８時間真空乾燥し、目的とする共重合体Ａ−３を得た。
【００１５】
放射線硬化性ドライフィルムＪ−１の調製
上述した共重合体Ａ−１３２．０重量部に対し、重合反応性多官能アクリレート（東亞合成社製、Ｍ８１００）を１０．０重量部、トリメチロールプロパントリアクリレートを６．５重量部、放射線ラジカル重合開始剤であるＩｒｇｃｕｒｅ．３６９（チバスペシャリティ・ケミカルズ社製）を３．０重量部、乳酸エチルを４８．５重量部添加、混合し、均一な溶液を得た。続いて、本溶液をポリエチレンテレフタレートフィルム（膜厚：５０μｍ）上にスピンコートにて塗布した後、１００℃で１５分乾燥することで膜厚５５μｍの放射線硬化性ドライフィルムＪ−１を得た。
【００１６】
放射線硬化性ドライフィルムＪ−２の調製
上述した共重合体Ａ−２２７．７重量部に対し、重合反応性ある多官能アクリレート（東亞合成社製、Ｍ８１００）を１６．６重量部、トリメチロールプロパントリアクリレートを１１．１重量部、放射線ラジカル重合開始剤であるＩｒｇｃｕｒｅ．３６９（チバスペシャリティ・ケミカルズ社製）を３．０重量部、乳酸エチルを４１．６重量部添加・混合し、均一な溶液を得た。続いて、本溶液をポリエチレンテレフタレートフィルム（膜厚：５０μｍ）上にスピンコートにて塗布した後、１００℃で１５分乾燥することで膜厚５５μｍの放射線硬化性ドライフィルムＪ−２を得た。
【００１７】
［実施例１］
（１）光導波路の形成
▲１▼下部クラッド層の形成
放射線硬化性ドライフィルムＪ−２をシリコン基板の表面上に常圧熱ロール圧着法（温度：８０℃）にて転写し、ホットプレートを用いて１２０℃、１０分間の条件でプリベークした。
次いで、放射線硬化性ドライフィルムＪ−２からなる塗膜に、波長３６５ｎｍ、照度２００ｍＷ／ｃｍ2の紫外線を５秒間照射して、放射線硬化させた。そして、この硬化膜を２００℃、１時間の条件でポストベークをすることにより、厚さ５０μｍの下部クラッド層とした。
このようにして形成した下部クラッド層の屈折率（測定波長８２４ｎｍ）を測定したところ、１．５０であった。
【００１８】
▲２▼コア部分の形成
次に、放射線硬化性ドライフィルムＪ−１を下部クラッド層の上に常圧熱ロール圧着法（温度：８０℃）にて転写し、ホットプレートを用いて１２０℃、１０分の条件でプレベークした。その後、放射線硬化性ドライフィルムＪ−１からなる厚さ５０μｍの塗膜に、幅５０μｍのライン状パターンを有するフォトマスクを介して、波長３６５ｎｍ、照度２００ｍＷ／ｃｍ2の紫外線を５秒間照射して、塗膜を放射線硬化させた。次に、放射線照射した塗膜を１００℃、１分間の条件でＰＥＢを行った。
次いで、放射線硬化させた塗膜を有する基板を１．８％テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液（ＴＭＡＨ）からなる現像液中に浸漬して、塗膜の未露光部を溶解させた。その後、２００℃、１時間の条件でポストベークを行い、幅５０μｍのライン状パターンを有するコア部分を形成した。また、このコア部分の屈折率（測定波長８２４ｎｍ）を測定したところ１．５２であった。
なお、この段階（ライン幅約５０μｍ）の矩形状のコア部分が、精度良く形成されていることであった。
【００１９】
▲３▼上部クラッド層の形成
次いで、コア部分を有する下部クラッド層の上面に、ドライフィルム作製前（スピンコート前）のＪ−２溶液をスピンコータで塗布し、ホットプレートを用いて１２０℃、１０分の条件でプリベークした。その後、Ｊ−２からなる塗膜に、波長３６５ｎｍ、照度２００ｍＷ／ｃｍ2の紫外線を５秒間照射することにより、厚さ５０μｍの上部クラッド層を形成した。
その後、この上部クラッド層を、２００℃、６時間の条件でポストベークした。形成された上部クラッド層の屈折率（測定波長８２４ｎｍ）を測定したところ１．５０であった。
得られた光導波路は図１に示す構造であった。
▲４▼結果
上記の方法において、コア高さ、コア幅ともに５０±５μｍの形状が形成された。
また、得られた光導波路について、波長８２４ｎｍの光を一端から入射させた。そして、他端から出射する光量を測定することにより、単位長さ当たりの導波路損失をカットバック法により求めたところ０．３であった。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の光導波路の製造方法によれば、光素子間を効率よく接続でき、光導波路を損傷する恐れもなく、複雑な光導波路パターンであっても容易に形成することができる。
【００２１】
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で得られた光導波路の断面図を示す。

Claims

下部クラッド層をドライフィルムを用いて形成する工程（Ａ）と、工程（Ａ）の後、コア部分をドライフィルムを用いて形成する工程（Ｂ）と、工程（Ｂ）の後、上部クラッド層を形成する工程（Ｃ）とを含み、かつ、工程（Ｂ）が、下部クラッド層上に、放射線硬化性樹脂からなるドライフィルムを積層した後、光導波路のパターンに従って該ドライフィルムに露光して部分的に硬化させ、次いで、未硬化のままの未露光部分を現像剤を用いて除去して、露光により硬化した部分として残存するコア部分を得る工程であることを特徴とする光導波路の製造方法。
工程（Ｃ）が、放射線硬化性樹脂または熱硬化性樹脂ならびに有機溶剤からなる塗布液を塗布し、硬化する工程であることを特徴とする請求項１記載の光導波路の製造方法。
工程（Ａ）で用いるドライフィルムが放射線硬化性樹脂からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の光導波路の製造方法。