JPH01134302A - 高分子薄膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　　　要〕 例えば先導波路や回折格子等のように屈折率分布を有す
る各種の光素子を製造するのに好適な、スピンコート法
を利用した高分子（有機）薄膜の形成方法に関し、 溶剤による悪影響をなくした高品質の高分子薄膜を得る
ことを目的とし、 光圧応性有機物質及び高分子有機物質を溶剤に溶かして
なる溶液を用い、スピンコート法により、前記光圧応性
有機物質を含んだ前記高分子有機物質からなる薄膜を形
成する高分子薄膜の形成方法において、前記溶剤として
前記光圧応性有機物質と同一物質もしくはその一部を用
いるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、例えば光導波路や回折格子等のように屈折率
分布を有する各種の光素子を製造するのに好適な、スピ
ンコート法を利用した高分子（有機）薄膜の形成方法に
関する。

〔従来の技術〕

スピンコート法を用いて、光圧応性（例えば光重合性）
有機物質を含む高分子有機物質からなる薄膜を形成する
方法は、従来から知られている。

その−例として、メタクリル酸メチルを含むポリスチレ
ン薄膜を形成する場合は、例えば第５図に示すように、
ポリスチレン（ＰＳｔ）１ｍｏｌとメタクリル酸メチル
（Ｍ　Ｍ　Ａ　＞　０．２５ｍｏ１以下とを、溶剤であ
る１、４−ジオキサン１０ｍｏ１以上に溶かして溶液を
調整する。そして、この溶液を基板上に落としてスピン
コート法を施すことにより、上記メタクリル酸メチルを
含むポリスチレン薄膜を得ることができる。また、スチ
レン（Ｓｔ）を含むポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ
）の薄膜を形成する場合は、例えば第６図に示すように
溶液を調整し、この溶液を用いて上記と同様にスピンコ
ート法を行う。

このようにして得られた高分子薄膜に対し選択的に露光
を施せば、薄膜中に含まれる光重合性物質（メタクリル
酸メチルあるいはスチレン）が重合を起こして重合体（
ポリメタクリル酸メチルあるいはポリスチレン）に変化
するため、露光領域と非露光領域との間に屈折率差を持
たせることができる。よって、露光パターンや露光量を
適当に選択することにより、先導波路や回折格子等のよ
うに屈折率分布を有する各種の光素子を作製することが
できる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の方法で使用される溶剤（例えば１゜４−ジオ
キサン等）は、最終的に得たい高分子薄膜の成分とは直
接関係ないため、膜形成と同時に揮発することが望まし
い。ところが、膜形成にスピンコート法を用いた場合は
、溶剤が膜中に多少なりとも残存することになり、その
ため以下ａ〜ｄのような問題が生じてしまう。

ａ、膜形成直後に膜表面から溶剤が揮発すると、これに
伴って、溶剤中に溶は込んだ光圧応性物質が膜表面に運
ばれる。そのため、膜中における「高分子物質に対する
光圧応性物質の濃度」が膜厚方向で不均一となる。よっ
て、これを露光して得られる膜の屈折領域も、第３図に
破線で示すように、薄膜方向に不均一となる。

ｂ、膜形成時（スピンコーティング時）に、高分子物質
は基板に付着しやすいが、溶剤に溶は込んだ光圧応性物
質は溶剤の放射状の流れにのって移動する。そのため、
光圧応性物質の分布も放射状となり、すなわち回転方向
で不均一となる。よって、露光後の膜も、第４図に破線
で示すように、屈折率が回転方向に不均一となる。

Ｃ６薄膜を露光すると、その光（例えば紫外光）によっ
て、膜中の光圧応性物質が反応するだけでなく、膜中に
残存している溶剤も化学変化を起こしてしまい、これに
より膜質が劣化する。

ｄ、露光よって光圧応性物質から生成した光圧応生成物
（例えば重合体）と、高分子物質とに対して、膜中に残
存している溶剤が流動性を与えるため、露光パターンの
輪郭が不鮮明になる。

本発明は、上記問題点に鑑み、溶剤による悪影響をなく
した高品質の高分子薄膜を得ることのできる高分子薄膜
の形成方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、溶剤を兼ねた光圧応性有機物質に高分子有機
物質を溶かして溶液を調整し、この溶液を用いてスピン
コート法を行うことにより、上記光圧応性有機物質を含
む高分子有機物質からなる薄膜を形成することを特徴と
するものである。

〔作　　　用〕

本発明で使用する溶剤は、最終的に得られる高分子薄膜
の一成分である光圧応性有機物質である。

そのため、スピンコート法によって形成された薄膜中に
溶剤が残存したとしても、この溶剤が前記ａ　−ｄのよ
うな悪影響を及ぼすことはな（、よって高品質の高分子
薄膜が得られる。

〔実　　施　　例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

本発明の一実施例として、メタクリル酸メチルを含むポ
リスチレン薄膜を形成する場合について述べる。本実施
例では、まず第１図に示すよう社、高分子有機物質であ
るポリスチレン（ＰＳｔ）１ｍｏｌを光重合性有機物質
であるメタクリル酸メチル（ＭＭＡ）１０ｍｏ１以上に
熔かした溶液を用いる。

すなわちこの場合、メタクリル酸メチルが溶剤を兼ねて
いる。そして、この溶液を基板上に落として、スピンコ
ート法を施す。以上の工程により、メタクリル酸メチル
を含むポリスチレン薄膜が得られる。

本実施例によれば、最終的に得られる高分子薄膜の膜成
分であるメタクリル酸メチルを溶剤として用いているた
め、この溶剤の揮発や移動に伴ってメタクリル酸メチル
の分布が偏るというような問題は生じない。よって、膜
中における「高分子物質（ポリスチレン）に対する光圧
応性物質（メタクリル酸メチル）の濃度」は膜厚方向に
も均一となり、また光圧応性物質の分布はスピンコーテ
ィング時の回転方向にも均一となる。そこで、本実施例
による高分子薄膜を露光した後に屈折率を測定したとこ
ろ、膜厚方向の屈折率は第３図に実線で示すように均一
となり、また回転方向の屈折率も第４図に実線で示すよ
うに均一となることが確認された。

また、本実施例による高分子薄膜を露光した場合には、
膜中の光重合性有機物質（メタクリル酸メチル）が光重
合を起こすだけであり、従来の１゜４−ジオキサンのよ
うに膜成分とは無関係の物質が化学変化を起こすような
ことはないので、膜質の劣化が防止される。更に、露光
によって生じた光重合体（ポリメタクリル酸メチル）と
高分子有機物質（ポリスチレン）とに対して、膜中に残
存している溶剤（メタクリル酸メチル）が流動性を与え
ることもないので、露光パターンの輪郭が非常に鮮明に
なる。

本実施例によって得られた高分子薄膜は以上のように大
きな利点を持つことから、この薄膜に対し選択的に露光
を施すことにより、光導波路、回折格子、屈折率分布型
レンズ等のように所望の屈折率分布を有する各種の光素
子を極めて高品質に作製することができる。例えば先導
波路を作製する場合は、まず本実施例によって得られた
所望の厚さの高分子薄膜に対し、所望の導波路パターン
を有するフォトマスクを介して露光を施す。この露光に
より、膜中に含まれる光重合性有機物質（メタクリル酸
メチル）が重合を起こして重合体（ポリメタクリル酸メ
チル）に変化する。その後、更に熱処理を加えることに
より、膜中に残留しているメタクリル酸メチルを揮発さ
せて除去する。

以上の工程により、光重合により屈折率の上昇した露光
領域（ポリメタクリル酸メチルを含んだポリスチレン）
と、メタクリル酸メチルの揮発した屈折率の低い非露光
領域（ポリスチレン）とからなる導波路パターンが得ら
れる。この場合の屈折率差は、露光量を適宜選択するだ
けで自由に設定できる。光導波路以外であっても、上記
と同様に露光パターンや露光量を適当に選択することに
より、所望の屈折率分布を有する各種の光素子を容易に
作製できる。

なお、上記実施例で用いた溶液の成分はほんの一例であ
り、その他にも各種の溶液が考えられる。

例えば第２図に示すように、高分子有機物質であるポリ
メタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）１ｍｏｌを、溶剤を兼
ねた光重合性有機物質であるスチレン（Ｓ　ｔ　）　１
０ｍｏ１以上に熔かした溶液を用いても、上記と同様に
高品質の高分子ａ膜を得ることができる。

また、上述した光重合性の有機物質以外に、その他の光
圧応性の有機物質を使用してもよい。更に、光圧応性有
機物質が混合物である場合は、その一部を溶剤として用
いてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、最終的に得られ
る高分子薄膜の膜成分である光圧応性有機物質を溶剤と
して使用したことから、この溶剤がたとえ膜中に残存し
たとしても従来のような悪γ響を及ぼすことがなくなり
、よって高品質の高分子薄膜を得ることができる。すな
わち、本発明による高分子薄膜に露光を施したとしても
、全体的に屈折率が均一となり、しかも露光パターンの
輪郭が鮮明で、膜質の劣化もない。従って、本発明によ
る高分子薄膜を適宜露光して得られる光素子も、非常に
高品質のものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る溶液の成分を示す図、 第２図は本発明の他の実施例に係る溶液の成分を示す図
、 第３図は本発明の一実施例（実線）と従来例（破線）に
おける膜厚方向の屈折率分布を示す図、第４図は本発明
の一実施例（実線）と従来例（破線）における回転方向
（正確には、スピンコーティング時の回転中心からの放
射線方向に対し垂直な方向）の屈折率分布を示す図、 第５図及び第６図は従来の高分子薄膜の形成方法に係る
溶液の成分を示す図である。 特許出願人　　　富士通株式会社 ！ 蓼←さ９處 ’ｒ’！’！”。 嗅匂叫

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）光圧応性有機物質及び高分子有機物質を溶剤に溶か
   してなる溶液を用い、スピンコート法により、前記光圧
   応性有機物質を含んだ前記高分子有機物質からなる薄膜
   を形成する高分子薄膜の形成方法において、 前記溶剤として前記光圧応性有機物質と同一物質もしく
   はその一部を用いることを特徴とする高分子薄膜の形成
   方法。 ２）前記光圧応性有機物質はメタクリル酸メチルであり
   、前記高分子有機物質はポリスチレンであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の高分子薄膜の形成方
   法。 ３）前記光圧応性有機物質はスチレンであり、前記高分
   子有機物質はポリメタクリル酸メチルであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の高分子薄膜の形成方
   法。