JP4458328B2 - Optical waveguide manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、光通信，光情報処理，その他一般光学で広く用いられる光導波路の製法に関するものである。 The present invention relates to an optical waveguide manufacturing method widely used in optical communication, optical information processing, and other general optics.
光導波路は、光導波路デバイス、光集積回路、光配線基板に組み込まれており、光通信、光情報処理、その他一般光学の分野で広く用いられている。そして、このような光導波路としては、近年、アクリル樹脂，エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂等の高分子材料で形成することが検討されている。 Optical waveguides are incorporated in optical waveguide devices, optical integrated circuits, and optical wiring boards, and are widely used in the fields of optical communication, optical information processing, and other general optics. In recent years, it has been studied to form such an optical waveguide from a polymer material such as an acrylic resin, an epoxy resin, or a polyimide resin.
このような高分子材料を用いた光導波路の作製には、近年、成形型を用いた方法が提案されている。その一例として、紫外線硬化樹脂層が形成された基板に凸部を有する他の基板を積層し、紫外線照射することにより上記紫外線硬化樹脂層を硬化させて上記基板面に溝を形成した後、この溝内に樹脂を充填してコア層を形成し、光導波路を作製するという成形型を用いた方法が提案されている（特許文献１参照）。
しかしながら、上記のような成形型を用いた従来の方法では、形成されるコア層の精度がいま一つ充分ではなく、また上記溝の外に樹脂残渣が生じやすいという問題があった。 However, the conventional method using the mold as described above has a problem that the accuracy of the core layer to be formed is not sufficient and a resin residue tends to be generated outside the groove.
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、光信号の漏れが生じず、光損失の少ない光導波路を効率良く作製することのできる光導波路の製法の提供をその目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing an optical waveguide that can efficiently produce an optical waveguide with little optical loss without causing leakage of an optical signal.
上記の目的を達成するため、本発明の光導波路の製法は、紫外線透過可能な型基板面上に、紫外線遮光性材料を用いて凸部を形成することにより所定パターンの溝を少なくとも一つ開口部を上向きにして形成してなる型を準備するとともに、基板面にアンダークラッド層を形成してなるアンダークラッド層付き基板を準備する工程と、上記開口部が上向きの溝に紫外線硬化型樹脂組成物を上記溝内を充分に満たすまで充填する工程と、上記紫外線硬化型樹脂組成物が充填された溝形成面に、上方から、アンダークラッド層が対峙するようアンダークラッド層付き基板を上記型に積層する工程と、その状態で、上記型基板側から紫外線を照射して、上記溝に充填された紫外線硬化型樹脂組成物を硬化しコア層を形成する工程と、上記アンダークラッド層付き基板から、凸部が形成された型基板からなる型を剥離して、アンダークラッド層上に形成された少なくとも一つのコア層を露呈させる工程と、上記アンダークラッド層上のコア層が形成されていない部分に残存する未硬化の上記紫外線硬化型樹脂組成物を除去する工程とを備えたという構成をとる。 In order to achieve the above object, the method of manufacturing an optical waveguide according to the present invention is to open at least one groove of a predetermined pattern by forming a convex portion using an ultraviolet light shielding material on an ultraviolet transmissive mold substrate surface. Preparing a mold formed with the portion facing upward, preparing a substrate with an undercladding layer by forming an undercladding layer on the substrate surface, and an ultraviolet curable resin composition with the opening facing upward in the groove And filling the substrate with the undercladding layer into the mold so that the undercladding layer faces the groove forming surface filled with the ultraviolet curable resin composition from above. A step of laminating, in that state, irradiating ultraviolet rays from the mold substrate side to cure the ultraviolet curable resin composition filled in the grooves to form a core layer; and A step of peeling a mold comprising a mold substrate on which a convex portion is formed from a substrate with a pad layer to expose at least one core layer formed on the under cladding layer, and a core layer on the under cladding layer And a step of removing the uncured ultraviolet curable resin composition remaining in the portion where no is formed.
すなわち、本発明者らは、高精度で効率良く光導波路を製造できる方法について鋭意検討を重ねた。その結果、紫外線透過可能な型基板面上に、紫外線遮光性材料を用い凸部を形成して溝を開口部を上向きにして形成した型と、基板面にアンダークラッド層を形成したアンダークラッド層付き基板を準備して、上記開口部が上向きの溝に紫外線硬化型樹脂組成物を溝内を充分に満たすまで充填した後、上記溝形成面に、上方から、アンダークラッド層が対峙するようアンダークラッド層付き基板を上記型に積層した後、その状態で、上記型基板側から紫外線を照射して、上記溝に充填された紫外線硬化型樹脂組成物を硬化しコア層を形成するという成形型を使用した新規な製法を想起した。しかしながら、上記製造工程において、上記紫外線硬化型樹脂組成物を充填した溝形成面とアンダークラッド層が対峙するよう、アンダークラッド層付き基板を上記型に積層する際に、このアンダークラッド層のコア層形成部以外の部分である凸部表面に、上記充填した紫外線硬化型樹脂組成物がはみ出して付着してしまい、その後紫外線照射しても未硬化のままアンダークラッド層表面に残存するという問題が生じた。このように充填した樹脂がはみ出しアンダークラッド層表面に付着し残存すると、その隣のコア層に光信号がリークし信頼性が低下するという問題が新たに生じる。したがって、本発明では、アンダークラッド層上に形成されたコア層を露呈した後、上記アンダークラッド層上のコア層が形成されていない部分に残存する未硬化の紫外線硬化型樹脂組成物を除去すると、効率良く信頼性の高い光導波路が得られることを見出し本発明に到達した。 That is, the present inventors have intensively studied a method capable of manufacturing an optical waveguide with high accuracy and efficiency. As a result, a mold in which a convex portion is formed using an ultraviolet light-shielding material and a groove is formed with an opening facing upward, and an under cladding layer in which an under cladding layer is formed on the substrate surface. After preparing a substrate with a substrate and filling the groove with the UV curable resin composition into the groove with the opening facing upward , the under-cladding layer is opposed to the groove forming surface from above. A mold in which a substrate with a clad layer is laminated on the mold, and in that state, ultraviolet rays are irradiated from the mold substrate side to cure the ultraviolet curable resin composition filled in the groove to form a core layer. I recalled a new manufacturing method using However, when the substrate with the undercladding layer is laminated on the mold so that the groove forming surface filled with the ultraviolet curable resin composition and the undercladding layer face each other in the manufacturing process, the core layer of the undercladding layer is formed. The above-mentioned filled ultraviolet curable resin composition protrudes and adheres to the convex surface, which is a portion other than the formation portion, and then remains uncured on the surface of the undercladding layer even when irradiated with ultraviolet rays. It was. If the resin filled in this way protrudes and adheres to the surface of the undercladding layer, a new problem arises that an optical signal leaks to the adjacent core layer and reliability decreases. Therefore, in the present invention, after exposing the core layer formed on the undercladding layer, removing the uncured UV curable resin composition remaining in the portion where the core layer on the undercladding layer is not formed is removed. The inventors have found that an optical waveguide with high efficiency and high reliability can be obtained, and have reached the present invention.
以上のように、本発明は、紫外線透過可能な型基板面上に、紫外線遮光性材料を用い凸部を形成して溝を開口部を上向きにして形成した型と、基板面にアンダークラッド層を形成したアンダークラッド層付き基板を準備して、上記開口部が上向きの溝に紫外線硬化型樹脂組成物を溝内を充分に満たすまで充填した後、上記溝形成面に、上方から、アンダークラッド層が対峙するようアンダークラッド層付き基板を上記型に積層した後、その状態で、上記型基板側から紫外線を照射して、上記溝に充填された紫外線硬化型樹脂組成物を硬化しコア層を形成する。そして、アンダークラッド層上に形成されたコア層を露呈した後、上記アンダークラッド層上のコア層が形成されていない部分に残存する未硬化の紫外線硬化型樹脂組成物を除去することにより光導波路を製造する方法である。このため、光信号の漏れ等が無く、光損失の小さい信頼性に優れた光導波路を効率良く製造することが可能となる。 As described above, the present invention provides a mold in which a convex portion is formed using an ultraviolet light-shielding material on a mold substrate surface capable of transmitting ultraviolet light, and a groove is formed with an opening facing upward, and an under cladding layer is formed on the substrate surface. A substrate with an undercladding layer formed was prepared, and after filling the groove with the UV curable resin composition into the groove with the opening facing upward , the groove formation surface was filled with the undercladding from above. After laminating the substrate with an underclad layer on the mold so that the layers face each other, in that state, the ultraviolet ray is irradiated from the mold substrate side to cure the ultraviolet curable resin composition filled in the groove, and the core layer Form. Then, after exposing the core layer formed on the under cladding layer, the uncured ultraviolet curable resin composition remaining in the portion where the core layer on the under cladding layer is not formed is removed to thereby remove the optical waveguide. It is a method of manufacturing. For this reason, it is possible to efficiently manufacture an optical waveguide that is free from optical signal leakage and has low optical loss and excellent reliability.
そして、上記紫外線遮光性材料が、感光性ポリイミド樹脂前駆体であると、型基板面上に所定のパターンの溝を容易に形成することができる。 If the ultraviolet light shielding material is a photosensitive polyimide resin precursor, grooves having a predetermined pattern can be easily formed on the mold substrate surface.
また、上記紫外線硬化型樹脂組成物が、後述の一般式（１）で表されるエポキシ樹脂を主成分とする紫外線硬化型エポキシ樹脂組成物であると、屈折率を容易に調整することが可能となるため好ましい。 Further, when the ultraviolet curable resin composition is an ultraviolet curable epoxy resin composition mainly composed of an epoxy resin represented by the following general formula (1), the refractive index can be easily adjusted. This is preferable.
本発明の光導波路の製法により得られる光導波路の一例として、図７に示す層構成のものがあげられる。この光導波路は、基板１上にアンダークラッド層２が積層形成され、さらに上記アンダークラッド層２上に所定パターンのコア層３が形成され、このコア層３を包含するようオーバークラッド層４が形成されている。 An example of an optical waveguide obtained by the method for manufacturing an optical waveguide according to the present invention is a layer structure shown in FIG. In this optical waveguide, an undercladding layer 2 is laminated on a substrate 1, a core layer 3 having a predetermined pattern is formed on the undercladding layer 2, and an overcladding layer 4 is formed so as to include the core layer 3. Has been.
上記基板１材料としては、特に限定するものではなく従来公知のもの、例えば、石英ガラス板、シリコンウエハ、セラミック基板、ガラスエポキシ樹脂基板、ポリイミドフィルム、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、銅箔やステンレス箔等の金属箔等があげられる。 The material for the substrate 1 is not particularly limited and is conventionally known, for example, quartz glass plate, silicon wafer, ceramic substrate, glass epoxy resin substrate, polyimide film, polyethylene terephthalate (PET) film, copper foil or stainless steel foil. And metal foils.
上記基板１上に積層形成されるアンダークラッド層２形成材料としては、例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等各種高分子材料が用いられるが、上記コア層３形成材料より屈折率が小さいことが必要である。具体的には、コア層３とアンダークラッド層２との屈折率の差は、０．１〜５％程度になるよう設計することが好ましい。 As the under clad layer 2 forming material laminated on the substrate 1, for example, various polymer materials such as thermosetting resin and thermoplastic resin are used, but the refractive index is smaller than that of the core layer 3 forming material. is required. Specifically, the refractive index difference between the core layer 3 and the under cladding layer 2 is preferably designed to be about 0.1 to 5%.
このように、上記アンダークラッド層２の形成材料として、具体的には、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂前駆体等があげられる。そして、コア層３の形成材料に用いられる紫外線硬化型樹脂組成物との接着力が良好なものを選択し用いることが好ましく、このような観点から、例えば、コア層３の形成材料として紫外線硬化型のエポキシ樹脂組成物を用いる場合は、アンダークラッド層２の形成材料としてもエポキシ樹脂組成物を用いることが好ましい。 Thus, specific examples of the material for forming the under cladding layer 2 include epoxy resins and polyimide resin precursors. And, it is preferable to select and use a material having a good adhesive force with the ultraviolet curable resin composition used for the material for forming the core layer 3. From such a viewpoint, for example, the material for forming the core layer 3 is ultraviolet curable. When using an epoxy resin composition of a mold, it is preferable to use an epoxy resin composition as a material for forming the underclad layer 2.
なお、上記アンダークラッド層２形成材料に、このアンダークラッド層２と基板１との密着性を向上させるために、基板１をシランカップリング剤やアルミニウムキレート剤を用いて表面処理してもよい。 In addition, in order to improve the adhesiveness of this under clad layer 2 and the board | substrate 1 to the said under clad layer 2 formation material, you may surface-treat the board | substrate 1 using a silane coupling agent or an aluminum chelating agent.
上記アンダークラッド層２上に所定パターンに形成されるコア層３形成材料としては、紫外線硬化型樹脂組成物が用いられる。そして、硬化後、光信号として用いられる波長（例えば、８５０ｎｍ、１３００ｎｍ）に対して透明であることがあげられる。 As a material for forming the core layer 3 formed in a predetermined pattern on the under cladding layer 2, an ultraviolet curable resin composition is used. And after hardening, it is mention | raise | lifted that it is transparent with respect to the wavelength (for example, 850 nm, 1300 nm) used as an optical signal.
上記紫外線硬化型樹脂組成物としては、例えば、エポキシ樹脂を主成分とする紫外線硬化型エポキシ樹脂組成物があげられる。上記エポキシ樹脂としては、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、３，４−エポキシシクロヘキシルエチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート等の脂環式エポキシ化合物、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂、フッ素化エポキシ樹脂等のエポキシ化合物があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いることができる。特に、下記の一般式（１）で表されるフッ素化エポキシ樹脂は、屈折率が１．３８と低く、他のエポキシ樹脂と併用し、その併用割合を変えることにより屈折率を容易に調整することが可能となるため好ましい。したがって、上記紫外線硬化型樹脂組成物としては、下記の一般式（１）で表されるフッ素化エポキシ樹脂を主成分とする紫外線硬化型エポキシ樹脂組成物であることが好ましい。なお、上記主成分とするとは、実質的に構成する主たる成分が上記フッ素化エポキシ樹脂であることであって、その使用量のみが関係するものではなく組成物全体の基本的特性を付与するものをいう。 Examples of the ultraviolet curable resin composition include an ultraviolet curable epoxy resin composition mainly composed of an epoxy resin. Examples of the epoxy resin include alicyclic epoxy compounds such as 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexanecarboxylate, 3,4-epoxycyclohexylethyl-3,4-epoxycyclohexanecarboxylate, and bisphenol A type. Examples thereof include epoxy compounds such as epoxy resins, bisphenol F type epoxy resins, hydrogenated bisphenol A type epoxy resins, hydrogenated bisphenol F type epoxy resins, naphthalene type epoxy resins, aliphatic epoxy resins, and fluorinated epoxy resins. These may be used alone or in combination of two or more. In particular, the fluorinated epoxy resin represented by the following general formula (1) has a low refractive index of 1.38, and is used in combination with other epoxy resins, and the refractive index is easily adjusted by changing the ratio of the combined use. It is preferable because it becomes possible. Accordingly, the ultraviolet curable resin composition is preferably an ultraviolet curable epoxy resin composition mainly composed of a fluorinated epoxy resin represented by the following general formula (1). The main component means that the main component which is substantially constituted is the fluorinated epoxy resin, which is not only related to the amount of use, but provides basic characteristics of the entire composition. Say.
上記エポキシ樹脂に紫外線硬化性を付与するために光重合開始剤が用いられる。上記光重合開始剤としては、特に限定するものではなく従来公知のもの、例えば、芳香族ジアゾニウム塩、芳香族スルホニウム塩、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルホキソニウム塩、メタロセン化合物、鉄アレーン系化合物等があげられる。その中でも、光硬化性という観点から、芳香族スルホニウム塩を用いることが好ましく、特に芳香族スルホニウム・ヘキサフロロホスホニウム化合物、芳香族スルホニウム・ヘキサフロロアンチモネート化合物、またはその両者の併用が、硬化性および接着性等の観点から好ましい。さらに、上記光重合開始剤以外に、光増感剤や酸増殖剤等の添加剤を必要に応じて適宜添加することができる。 A photopolymerization initiator is used for imparting ultraviolet curability to the epoxy resin. The photopolymerization initiator is not particularly limited and is conventionally known, for example, aromatic diazonium salts, aromatic sulfonium salts, aromatic iodonium salts, aromatic sulfoxonium salts, metallocene compounds, iron arene compounds. Etc. Among these, from the viewpoint of photocurability, it is preferable to use an aromatic sulfonium salt, and in particular, an aromatic sulfonium / hexafluorophosphonium compound, an aromatic sulfonium / hexafluoroantimonate compound, or a combination of both, is curable and It is preferable from the viewpoint of adhesiveness and the like. Furthermore, in addition to the photopolymerization initiator, additives such as a photosensitizer and an acid proliferating agent can be appropriately added as necessary.
つぎに、上記所定パターンに形成されたコア層３を包含するオーバークラッド層４形成材料としては、前記アンダークラッド層２形成材料と同様のものがあげられる。 Next, as the material for forming the over clad layer 4 including the core layer 3 formed in the predetermined pattern, the same material as the material for forming the under clad layer 2 can be mentioned.
つぎに、上記基板および各層形成材料を用いた、本発明の光導波路の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing an optical waveguide of the present invention using the substrate and each layer forming material will be described.
まず、図１に示すように、紫外線透過可能な型基板６上に、ポリイミド樹脂前駆体溶液（ポリアミド酸溶液）等の紫外線遮光性材料を、乾燥後の膜厚が好ましくは５〜１００μｍとなるよう塗布し、乾燥させることによりポリイミド樹脂前駆体組成物等の紫外線遮光性材料からなる樹脂層７を形成する。 First, as shown in FIG. 1, an ultraviolet light-shielding material such as a polyimide resin precursor solution (polyamic acid solution) or the like is dried on a mold substrate 6 capable of transmitting ultraviolet rays, and the film thickness after drying is preferably 5 to 100 μm. The resin layer 7 made of an ultraviolet light-shielding material such as a polyimide resin precursor composition is formed by applying and drying.
上記紫外線透過可能な型基板６としては、平坦性および寸法安定性を有することが望まれるため、例えば、石英ガラス板等が好ましく用いられる。 As the mold substrate 6 capable of transmitting ultraviolet rays, since it is desired to have flatness and dimensional stability, for example, a quartz glass plate or the like is preferably used.
また、上記紫外線遮光性材料としては、具体的には、３６５ｎｍ以下の光を完全に遮光することが可能な材料であることが好ましく、特に４５０ｎｍ以下の光を完全に遮光することが可能なものが好ましい。例えば、上述のようなポリイミド樹脂前駆体溶液等があげられる。 In addition, the ultraviolet light shielding material is preferably a material capable of completely shielding light of 365 nm or less, particularly capable of completely shielding light of 450 nm or less. Is preferred. For example, the polyimide resin precursor solution as described above can be used.
つぎに、図２に示すように、この樹脂層７にエッチング処理を行い所定パターンの溝８を形成する。上記エッチング方法としては、特に限定するものではなく従来公知の方法、例えば、プラズマを用いたドライエッチングや、上記ポリイミド樹脂前駆体として感光性ポリイミド樹脂前駆体を用いてフォトマスクを使用し、露光，現像等のフォトリソグラフィーによるウエットエッチング等があげられる。特に、溝８の表面（結果的にはコア層の表面）の平滑性を良好にするという観点から、感光性ポリイミド樹脂前駆体を用いたウエットエッチング方法が好ましい。このようにして、図２に示すように、型基板６上に、紫外線遮光性材料からなる連続した凸部９を形成することにより所定パターンの溝８が形成された型を作製する。 Next, as shown in FIG. 2, the resin layer 7 is etched to form grooves 8 having a predetermined pattern. The etching method is not particularly limited and is a conventionally known method, for example, dry etching using plasma, a photomask using a photosensitive polyimide resin precursor as the polyimide resin precursor, exposure, Examples include wet etching by photolithography such as development. In particular, from the viewpoint of improving the smoothness of the surface of the groove 8 (resulting in the surface of the core layer), a wet etching method using a photosensitive polyimide resin precursor is preferable. In this manner, as shown in FIG. 2, a mold in which grooves 8 having a predetermined pattern are formed by forming continuous convex portions 9 made of an ultraviolet light shielding material on the mold substrate 6 is produced.
ついで、図３に示すように、所定パターンの溝８に、紫外線硬化型樹脂組成物１０を上記溝８内を充分に満たすまで充填する。このとき、紫外線硬化型樹脂組成物１０の充填量が不足すると、後工程で形成されるコア層の形状が不良となり好ましくない。つぎに、図４に示すように、基板１面にアンダークラッド層２を形成してなるアンダークラッド層２付き基板を予め別途作製し、上記紫外線硬化型樹脂組成物１０が充填された溝８形成面に、アンダークラッド層２が対峙するようアンダークラッド層２付き基板１を上記型に積層する。この積層に際しては、例えば、加圧プレスや真空圧着等による方法が用いられ、均等に圧力がかかるように行うことが好ましい。 Next, as shown in FIG. 3, the groove 8 having a predetermined pattern is filled with the ultraviolet curable resin composition 10 until the groove 8 is sufficiently filled. At this time, if the filling amount of the ultraviolet curable resin composition 10 is insufficient, the shape of the core layer formed in the subsequent process becomes unfavorable. Next, as shown in FIG. 4, a substrate with an undercladding layer 2 formed by forming an undercladding layer 2 on the surface of the substrate 1 is prepared separately in advance, and the groove 8 filled with the ultraviolet curable resin composition 10 is formed. The substrate 1 with the underclad layer 2 is laminated on the above mold so that the underclad layer 2 faces the surface. In this lamination, for example, a method using a pressure press or vacuum pressure bonding is used, and it is preferable that the pressure is applied evenly.
上記基板１面にアンダークラッド層２を形成してなるアンダークラッド層２付き基板１を作製するに際しては、前述の基板１材料およびアンダークラッド層２形成材料を用い、例えば、上記基板１面にアンダークラッド層２形成材料を塗布することが行われる。上記塗布方法としては、スピンコート、コーター、円コーター、バーコーター、スクリーン印刷等の塗工による一般的な成膜方法や、型板およびスペーサーを用いてギャップを形成し、その中に毛細管現象を利用してアンダークラッド層２形成材料を注入し、必要により硬化する方法等を用いることができる。 When the substrate 1 with the underclad layer 2 formed by forming the underclad layer 2 on the surface of the substrate 1, the above-mentioned substrate 1 material and the material for forming the underclad layer 2 are used. The clad layer 2 forming material is applied. As the above application method, a general film formation method by coating such as spin coating, coater, circular coater, bar coater, screen printing, etc., a gap is formed by using a template and a spacer, and capillary action is formed in the gap. A method of injecting a material for forming the underclad layer 2 by using it and curing it if necessary can be used.
つぎに、図５に示すように、上記型基板６側から紫外線を照射して、上記溝８に充填された紫外線硬化型樹脂組成物１０を硬化する。紫外線照射により上記紫外線硬化型樹脂組成物１０を硬化させた後、上記アンダークラッド層２付き基板１から、凸部９が形成された型基板６からなる型を剥離して、アンダークラッド層２上に形成されたコア層３を露呈させる。このとき、図６に示すように、未硬化の紫外線硬化型樹脂組成物１０がコア層３形成部分以外のアンダークラッド層２表面に残存する。これは、上記アンダークラッド層２付き基板１を、上記紫外線硬化型樹脂組成物１０を充填してなる溝８が形成された型に積層する際に、このアンダークラッド層２のコア層３形成部以外の部分である凸部９表面に、上記充填した紫外線硬化型樹脂組成物がはみ出して付着し、その後紫外線照射しても上記凸部９が紫外線遮光性材料であるため、未硬化のままアンダークラッド層２表面に残存するためである。 Next, as shown in FIG. 5, the ultraviolet curable resin composition 10 filled in the groove 8 is cured by irradiating ultraviolet rays from the mold substrate 6 side. After the ultraviolet curable resin composition 10 is cured by ultraviolet irradiation, the mold made of the mold substrate 6 on which the convex portions 9 are formed is peeled from the substrate 1 with the under cladding layer 2, and the under cladding layer 2 The core layer 3 formed in the above is exposed. At this time, as shown in FIG. 6, the uncured ultraviolet curable resin composition 10 remains on the surface of the under cladding layer 2 other than the portion where the core layer 3 is formed. This is because when the substrate 1 with the underclad layer 2 is laminated on a mold in which the groove 8 formed by filling the ultraviolet curable resin composition 10 is formed, the core layer 3 forming part of the underclad layer 2 is formed. Since the filled UV curable resin composition protrudes and adheres to the surface of the convex portion 9 which is a portion other than the above, the convex portion 9 is an ultraviolet light-shielding material even after irradiation with ultraviolet rays. This is because it remains on the surface of the cladding layer 2.
したがって、図６に示す状態のものに対して、コア層３形成部分以外のアンダークラッド層２表面に残存する未硬化の紫外線硬化型樹脂組成物１０を除去する。このような除去工程としては、例えば、有機溶剤を用いて洗浄除去する方法があげられる。上記有機溶剤としては、例えば、アセトン、酢酸エチル、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、トルエン等を用いることができる。さらに、必要により、イソプロピルアルコール等のアルコールや蒸留水を用いて洗浄を行ってもよい。また、上記洗浄方法としては、パドル法、ディップ法、スプレー法等の公知の技術を用いることができる。 Therefore, the uncured ultraviolet curable resin composition 10 remaining on the surface of the under cladding layer 2 other than the portion where the core layer 3 is formed is removed from the state shown in FIG. An example of such a removal step is a method of washing and removing using an organic solvent. As said organic solvent, acetone, ethyl acetate, methyl ethyl ketone (MEK), toluene etc. can be used, for example. Further, if necessary, washing may be performed using alcohol such as isopropyl alcohol or distilled water. As the cleaning method, known techniques such as a paddle method, a dip method, and a spray method can be used.
上記洗浄除去の際、例えば、有機溶剤の使用により、上記アンダークラッド層２が、多少エッチングされても差し支えない。すなわち、アンダークラッド層２が１〜５μｍ程度エッチングされると、アンダークラッド層２表面がコア層３の底面からずれるために、アンダークラッド層２表面の欠陥が、光閉じ込め性に対する悪影響を及ぼすことを防止することができるからである。 At the time of the cleaning removal, the under cladding layer 2 may be etched to some extent by using an organic solvent, for example. That is, when the under clad layer 2 is etched by about 1 to 5 μm, the surface of the under clad layer 2 is displaced from the bottom surface of the core layer 3, so that defects on the surface of the under clad layer 2 have an adverse effect on the light confinement property. This is because it can be prevented.
つぎに、所定パターンのコア層３が形成されたアンダークラッド層２上に、前述のオーバークラッド層形成材料を用いてオーバークラッド層４を形成する。このようにして、図７に示すように、基板１上にアンダークラッド層２が積層形成され、さらに上記アンダークラッド層２上に所定パターンのコア層３が形成され、このコア層３を包含するようオーバークラッド層４が形成された光導波路が製造される。 Next, the over clad layer 4 is formed on the under clad layer 2 on which the core layer 3 having a predetermined pattern is formed using the above-described over clad layer forming material. In this way, as shown in FIG. 7, the under cladding layer 2 is laminated on the substrate 1, and the core layer 3 having a predetermined pattern is formed on the under cladding layer 2, and this core layer 3 is included. Thus, an optical waveguide in which the over clad layer 4 is formed is manufactured.
このようにして得られた光導波路としては、例えば、直線光導波路、曲がり光導波路、交差光導波路、Ｙ分岐光導波路、スラブ光導波路、マッハツエンダー型光導波路、ＡＷＧ型光導波路、グレーティング、光導波路レンズ等があげられる。そして、これら光導波路を用いた光素子としては、波長フィルタ，光スイッチ，光分岐器，光合波器，光合分波器，光アンプ，波長変換器，波長分割器，光スプリッタ，方向性結合器、さらにはレーザダイオードやフォトダイオードをハイブリッド集積した、光伝送モジュール等があげられる。 Examples of the optical waveguide thus obtained include a straight optical waveguide, a curved optical waveguide, a crossed optical waveguide, a Y-branch optical waveguide, a slab optical waveguide, a Mach-Zender optical waveguide, an AWG optical waveguide, a grating, and an optical waveguide. For example, a waveguide lens. Optical devices using these optical waveguides include wavelength filters, optical switches, optical splitters, optical multiplexers, optical multiplexers / demultiplexers, optical amplifiers, wavelength converters, wavelength dividers, optical splitters, directional couplers. Furthermore, an optical transmission module in which laser diodes and photodiodes are integrated in a hybrid manner can be used.
つぎに、本発明について実施例に基づき説明する。 Next, the present invention will be described based on examples.
〔型の作製〕
図１に示すように、５ｃｍ×５ｃｍ×厚み２ｍｍの石英ガラス板６に、スピンコート法により紫外線遮光性材料である感光性ポリイミド樹脂前駆体溶液（日東電工社製、ＪＲ−３１２０Ｐ）を塗布し、９０℃で約１５分間の乾燥を行うことにより、感光性ポリイミド樹脂前駆体組成物からなる樹脂層７を形成した。ついで、この樹脂層７上に、光透過部のライン幅５０μｍ×長さ５ｃｍ×間隔２５μｍのフォトマスクを介して、１０００ｍＪ／ｃｍ2 の紫外線で露光して、１６０℃×１５分間加熱した後、アルカリ現像液を用いて、未露光部分をエッチングすることにより現像した。さらに、真空中、４００℃で２時間加熱を行うことにより、図２に示すように、断面積２５μｍ×２５μｍで長さ５ｃｍの凸部９を形成することにより、コア層形成用の溝８を形成し、型を作製した。
[Production of mold]
As shown in FIG. 1, a photosensitive polyimide resin precursor solution (manufactured by Nitto Denko Corporation, JR-3120P), which is an ultraviolet light shielding material, is applied to a quartz glass plate 6 having a size of 5 cm × 5 cm × thickness 2 mm by spin coating. The resin layer 7 made of the photosensitive polyimide resin precursor composition was formed by drying at 90 ° C. for about 15 minutes. Next, the resin layer 7 was exposed to ultraviolet rays of 1000 mJ / cm 2 through a photomask having a line width of 50 μm × length of 5 cm × interval of 25 μm of the light transmission part, and heated at 160 ° C. for 15 minutes. Development was performed by etching an unexposed portion using an alkali developer. Further, by heating in a vacuum at 400 ° C. for 2 hours, as shown in FIG. 2, a convex portion 9 having a cross-sectional area of 25 μm × 25 μm and a length of 5 cm is formed, thereby forming the groove 8 for forming the core layer. Formed to make a mold.
〔エポキシ樹脂組成物の調製〕
前記一般式（１）で表されるフッ素化エポキシ樹脂（ダイキン工業社製、Ｅ−７４３２）と、脂環式エポキシ化合物（ダイセル化学社製、セロキサイド２０２１Ｐ）と、光カチオン重合開始剤（旭電化社製、ＳＰ−１７０）を準備し、下記の表１に示す配合量によりコア層形成材料，アンダークラッド層形成材料およびオーバークラッド層形成材料となるエポキシ樹脂組成物をそれぞれ調製した。なお、調製した各エポキシ樹脂組成物の屈折率も併せて下記の表１に示した。屈折率の測定には、アツベ屈折率計（２５℃）を用いた。
[Preparation of epoxy resin composition]
A fluorinated epoxy resin represented by the general formula (1) (E-7432, manufactured by Daikin Industries, Ltd.), an alicyclic epoxy compound (Celoxide 2021P, manufactured by Daicel Chemical Industries), and a photocationic polymerization initiator (Asahi Denka) SP-170) was prepared, and epoxy resin compositions serving as a core layer forming material, an under cladding layer forming material, and an over cladding layer forming material were prepared according to the blending amounts shown in Table 1 below. The refractive index of each prepared epoxy resin composition is also shown in Table 1 below. An Atsube refractometer (25 ° C.) was used for the measurement of the refractive index.
〔アンダークラッド層の形成〕
ガラス基板（５ｃｍ×５ｃｍ×厚み２ｍｍ）を準備し、その表面に、エポキシ系シランカップリング剤（信越シリコーン社製、ＫＢＭ−４０３）の１０％エタノール溶液をスピンコータを用いて、回転数１５００ｒｐｍ×２０秒の条件で塗布した。その後、後工程で形成するアンダークラッド層との密着性を向上させるため、１１０℃×１時間の熱処理を行い、ガラス基板の表面処理を行った。
[Formation of underclad layer]
A glass substrate (5 cm × 5 cm × thickness 2 mm) is prepared, and a 10% ethanol solution of an epoxy silane coupling agent (KBM-403, manufactured by Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.) is applied to the surface of the glass substrate using a spin coater. It was applied under the condition of seconds. Then, in order to improve adhesiveness with the under clad layer formed in a post process, a heat treatment was performed at 110 ° C. for 1 hour to perform a surface treatment of the glass substrate.
つぎに、スピンコータを用いて１５００ｒｐｍ×３０秒間の条件で、ガラス基板上に上記調製したアンダークラッド層形成材料を塗布した。その後、高圧水銀ランプを光源とする露光機を用いて、照度１５ｍＷ／ｃｍ2 で５分のトータル４．５Ｊ／ｃｍ2 の紫外線照射を行った後、１００℃×１時間のポストキュアを行うことによりアンダークラッド層を形成した。得られたアンダークラッド層の厚みは１０μｍであった。 Next, the under clad layer forming material prepared above was applied on a glass substrate under the condition of 1500 rpm × 30 seconds using a spin coater. Then, using an exposure machine that uses a high-pressure mercury lamp as the light source, after irradiating with ultraviolet light at a total illumination of 4.5 J / cm 2 for 5 minutes at an illuminance of 15 mW / cm 2 , post-cure at 100 ° C. for 1 hour. Thus, an under cladding layer was formed. The thickness of the obtained under cladding layer was 10 μm.
〔コア層の形成〕
つぎに、図３に示すように、上記型の所定パターンの溝８内に、上記調製したコア層形成材料１０を充填した。ついで、図４に示すように、上記コア層形成材料１０が充填された溝８形成面に、アンダークラッド層２が対峙するようアンダークラッド層２付きガラス基板１を上記型に積層した。これを、真空露光機内にセットし、図５に示すように、真空加圧しながら、上記型の石英ガラス板６側から露光した。露光条件は、照度１５ｍＷ／ｃｍ2 で５分のトータルの露光エネルギーは４．５Ｊ／ｃｍ2 であった。露光後、上記アンダークラッド層２付きガラス基板１から、凸部９が形成された石英ガラス板６からなる型を剥離して、アンダークラッド層２上に形成されたコア層３を露呈させた。形成されたコア層３の厚みは２５μｍであった。このとき、図６に示すように、未硬化のコア層形成材料１０がコア層３形成部分以外のアンダークラッド層２表面に残存していた。
[Formation of core layer]
Next, as shown in FIG. 3, the prepared core layer forming material 10 was filled into the grooves 8 of a predetermined pattern of the mold. Next, as shown in FIG. 4, the glass substrate 1 with the undercladding layer 2 was laminated on the above mold so that the undercladding layer 2 faces the groove 8 forming surface filled with the core layer forming material 10. This was set in a vacuum exposure machine, and exposed from the quartz glass plate 6 side of the above type while applying vacuum pressure as shown in FIG. The exposure conditions were an illuminance of 15 mW / cm 2 and a total exposure energy of 4.5 J / cm 2 for 5 minutes. After the exposure, the mold made of the quartz glass plate 6 on which the convex portions 9 were formed was peeled from the glass substrate 1 with the under cladding layer 2 to expose the core layer 3 formed on the under cladding layer 2. The thickness of the formed core layer 3 was 25 μm. At this time, as shown in FIG. 6, the uncured core layer forming material 10 remained on the surface of the under cladding layer 2 other than the core layer 3 forming portion.
〔洗浄工程〕
図６に示す状態のサンプル品を、酢酸エチル中に２０秒間浸漬し、さらに、イソプロピルアルコールにて洗浄することにより、上記コア層３形成部分以外のアンダークラッド層２表面に残存した未硬化のコア層形成材料１０を洗浄除去した。
[Washing process]
The sample product in the state shown in FIG. 6 is immersed in ethyl acetate for 20 seconds and further washed with isopropyl alcohol, so that the uncured core remaining on the surface of the under cladding layer 2 other than the core layer 3 formation portion. The layer forming material 10 was removed by washing.
さらに、１００℃×１時間のポストキュアを行い、コア層３を完全硬化した。硬化後のコア層３の断面形状は、厚み２５μｍ、パターン上部幅が２４μｍ、パターン下部幅が４８μｍであった。 Further, post-curing at 100 ° C. for 1 hour was performed to completely cure the core layer 3. The cross-sectional shape of the core layer 3 after curing had a thickness of 25 μm, a pattern upper width of 24 μm, and a pattern lower width of 48 μm.
〔オーバークラッド層の形成〕
つぎに、図８に示すように、離型処理を行った厚み１５０μｍのガラス板１１と厚み４０μｍのスペーサー１２からなるオーバークラッド層形成用キャップを作製し、これをコア層３が形成されたガラス基板１上に被せ、上記ガラス板１１とスペーサー１２により形成されるギャップ内に、上記調製したオーバークラッド層形成材料を毛細管現象を利用して注入した。
[Formation of overclad layer]
Next, as shown in FIG. 8, a cap for forming an over clad layer comprising a glass plate 11 having a thickness of 150 μm and a spacer 12 having a thickness of 40 μm which has been subjected to a mold release process is prepared, and this is formed into a glass having a core layer 3 formed thereon The over clad layer forming material prepared above was injected into the gap formed by the glass plate 11 and the spacer 12 by using the capillary action.
その後、高圧水銀ランプを光源とする露光機を用いて、照度１５ｍＷ／ｃｍ2 で５分のトータルの露光エネルギー４．５Ｊ／ｃｍ2 の紫外線照射を行った後、１００℃×１時間のポストキュアを行うことにより、上記注入したオーバークラッド層形成材料を硬化させてオーバークラッド層４を形成した。上記コア層３上部のオーバークラッド層４の厚みを測定したところ、２１μｍであった。 Then, using an exposure machine that uses a high-pressure mercury lamp as the light source, after irradiating with ultraviolet light with a total exposure energy of 4.5 J / cm 2 for 5 minutes at an illuminance of 15 mW / cm 2 , post-cure at 100 ° C. for 1 hour By performing the above, the injected over clad layer forming material was cured to form the over clad layer 4. The thickness of the over clad layer 4 above the core layer 3 was measured and found to be 21 μm.
〔評価〕
得られた実施例品の端面を形成するため、光導波路の長手方向に対して垂直となるようにダイサーを用いて切断を行い、光導波路の両端面を形成した。このとき、光導波路長は、２ｃｍであった。そして、この光導波路に、８３０ｎｍのレーザー光を導入し、出てきた光の強度をフォトディテクタ（浜松ホトニクス社製、Ｇ−８３３６）にて検出したところ、光導波路の全損失は３．５ｄＢであった。ついで、赤外線吸収（ＩＲ）カメラ（浜松ホトニクス社製、Ｃ−２７４１）により主射ビーム形状を確認したところ、漏れのない良好な閉じ込め性が確認された。
[Evaluation]
In order to form the end surface of the obtained example product, cutting was performed using a dicer so as to be perpendicular to the longitudinal direction of the optical waveguide to form both end surfaces of the optical waveguide. At this time, the optical waveguide length was 2 cm. Then, 830 nm laser light was introduced into this optical waveguide, and the intensity of the emitted light was detected by a photodetector (G-8336, manufactured by Hamamatsu Photonics). The total loss of the optical waveguide was 3.5 dB. It was. Next, when the main beam shape was confirmed by an infrared absorption (IR) camera (C-2741 manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd.), good confinement without leakage was confirmed.
本発明の光導波路の製法により得られる光導波路としては、例えば、直線光導波路、曲がり光導波路、交差光導波路、Ｙ分岐光導波路、スラブ光導波路、マッハツエンダー型光導波路、ＡＷＧ型光導波路、グレーティング、光導波路レンズ等があげられる。そして、上記光導波路を用いてなる光素子としては、波長フィルタ，光スイッチ，光分岐器，光合波器，光合分波器，光アンプ，波長変換器，波長分割器，光スプリッタ，方向性結合器、さらにはレーザダイオードやフォトダイオードをハイブリッド集積した、光伝送モジュール等があげられる。 Examples of the optical waveguide obtained by the optical waveguide manufacturing method of the present invention include a straight optical waveguide, a curved optical waveguide, a crossed optical waveguide, a Y-branched optical waveguide, a slab optical waveguide, a Mach-Zender optical waveguide, an AWG optical waveguide, Examples thereof include a grating and an optical waveguide lens. The optical device using the optical waveguide includes a wavelength filter, an optical switch, an optical splitter, an optical multiplexer, an optical multiplexer / demultiplexer, an optical amplifier, a wavelength converter, a wavelength divider, an optical splitter, and directional coupling. And an optical transmission module in which a laser diode and a photodiode are hybrid-integrated.
１ 基板
２ アンダークラッド層
３ コア層
４ オーバークラッド層
６ 型基板
８ 溝
９ 凸部
１０ 紫外線硬化型樹脂組成物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Underclad layer 3 Core layer 4 Overclad layer 6 Type substrate 8 Groove 9 Protrusion 10 UV curable resin composition
Claims (5)
Priority Applications (1)
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