JPH07159630A - 光導波路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来の問題点を解決した、加工性に優れる光
導波路を提供する。 【構成】 少なくともコア部が、樹脂により形成された
光導波路において、前記コア部は、硬化後の屈折率が
１．４６〜１．６２であり、かつ硬化による体積変化が
１０％以下である紫外線硬化樹脂から形成されてなる光
導波路。紫外線硬化樹脂の例としては、主成分が少なく
とも、脂肪族環状エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポ
キシ樹脂、臭化エポキシ樹脂から選ばれた１種がある。 【効果】 溶媒を用いないコア材を使用するため、導波
路形成工程が簡略化され、平坦化も容易であるため、多
層の光配線が可能な光導波路を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光回路などに使用でき、
平坦性に優れ、加工が容易な光導波路に関する。

【０００２】

【従来の技術】光導波路の材料としては石英がよく用い
られていたが、加工温度が高い、大面積のものが作製し
がたいという問題があった。最近、加工のし易さの観点
からポリメチルメタクリレート等を利用したプラスチッ
ク導波路の研究が進んでいるが、このような樹脂を用い
た場合でも樹脂は溶剤に溶かした状態で基板などに塗布
した後、溶剤を除去してコア部等にするため、溶剤を除
去するときに適度な速度で溶剤を除去しなければならな
い。除去速度が大きい場合には気泡やボイドが生じたり
内部歪が発生する。また、除去速度が小さい場合には時
間が長くかかるという欠点があった。除去温度を上げる
場合にはやはり気泡やボイドの発生や樹脂と基板との熱
膨張率の差に起因する内部歪が起きる可能性がある。ま
た、可溶性の樹脂を光導波路に用いる場合はクラッド部
とコア部を形成させるときに既に形成している樹脂部分
が溶けないようにしなければならない。このため、樹脂
に架橋成分を導入したり、コア部とクラッド部の樹脂成
分を変えることが必要であった。架橋成分を取り入れた
硬化樹脂においても硬化前後の体積変化が大きいときは
内部歪みが残り、残留応力が生じる。

【０００３】光導波路における光伝送損失要因は固有要
因として、赤外振動吸収の高調波、電子遷移に基づく紫
外吸収などの吸収損失、密度・濃度ゆらぎによるレイリ
ー散乱による散乱損失が挙げられ、外的要因としては遷
移金属・ＯＨ基・その他不純物による吸収損失、埃・気
泡などの不純物、コア／クラッドの界面不整・コア径の
変動・マイクロベンディング・配向複屈折などの構造不
整による散乱損失が挙げられる。レイリー散乱に関して
は、屈折率の異なる領域の共存は好ましくなく、光導波
部においても結晶性高分子、ブロック共重合、グラフト
共重合などのミクロ相分離構造を呈するものは好ましく
ない。また、熱運動による固体内の揺らぎも押さえるた
めには線形高分子よりも紫外線等により三次元硬化する
樹脂が望まれている。また、コア／クラッド界面のはく
離も、伝送損失の要因となるため、クラッド樹脂にはコ
ア材への良好な密着性、接着性が要求される。このた
め、コア部とクラッド部は類似の成分であることが望ま
れている。光導波路のコアはクラッドの屈折率よりも大
きいことが要求される。一般的なマルチモードの導波路
のクラッド材はコア材の２〜３％以上の屈折率差があれ
ば好適である。例えば、シングルモードで光導波させる
場合、コア部の断面が一辺８μｍの正方形であるとき、
０．３％ほど屈折率の小さなクラッドが要求されるた
め、このような導波路に用いるコア材とクラッド材の屈
折率ゆらぎは１０００分の５の精度が要求される。した
がって、良くクラッド材に用いられるシリコン樹脂、ポ
リメタクリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂等の屈折
率範囲（１．４５〜１．６０）を制御できるコア材（屈
折率１．４６〜１．６２）が望まれていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した課題を解決した、加工性に優れる光導波路を提供す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明を概説すれば、本
発明は光導波路に関する発明であって、少なくともコア
部が、樹脂により形成された光導波路において、前記コ
ア部は、硬化後の屈折率が１．４６〜１．６２であり、
かつ硬化による体積変化が１０％以下である紫外線硬化
樹脂から形成されてなることを特徴とする。

【０００６】本発明者らは上記の目的を達成するために
鋭意研究を重ねた結果、脂肪族環状エポキシ樹脂、ビス
フェノール型エポキシ樹脂、、又は臭化エポキシ樹脂を
主成分とする樹脂組成物は、組成を変えることにより屈
折率を自由に制御できること、これらのエポキシ樹脂を
主成分とする紫外線硬化樹脂の硬化前の粘度が溶媒を加
えずとも十分に低く、スピンコーティング等の塗布性に
優れ、硬化収縮率も小さいため光導波路のコア部に適用
したとき光透過性に極めて優れていることを見出し、本
発明を完成するに至った。

【０００７】本発明における紫外線硬化樹脂は他の構成
要素として、例えば、従来のエポキシ樹脂、又はその変
性物のほか、希釈剤、硬化（重合開始）剤、カップリン
グ剤等を含んでもよい。ただし、溶媒を含まないことが
重要である。

【０００８】脂肪族環状エポキシ樹脂とビスフェノール
型エポキシ樹脂は単独で用いても良いし、混合物として
用いてもよい。所定の屈折率の紫外線硬化樹脂を得るた
めには、混合物を用いるほうが好適である。混合物とし
て用いる場合その配合比は１：９９〜９９：１の範囲内
であれば相分離等することなく好適に混合できる。

【０００９】本発明の樹脂組成物のうち、脂肪族環状エ
ポキシ化合物として使用されるエポキシ化合物の例とし
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、ビニルシクロヘキセンジ
オキシド、アリルシクロヘキセンジオキシド、３，４−
エポキシ−４−メチルシクロヘキシル−２−プロピレン
オキシド、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル−
５，５−スピロ−３，４−エポキシ）シクロヘキサン−
ｍ−ジオキサン、ビス（３，４−エポキシシクロヘキシ
ル）アジペート、ビス（３，４−エポキシシクロヘキシ
ルメチル）アジペート、ビス（３，４−エポキシシクロ
ヘキシル）エーテル、ビス（３，４−エポキシシクロヘ
キシルメチル）エーテル、ビス（３，４−エポキシシク
ロヘキシル）ジエチルシロキサンなどが挙げられる。

【００１０】ビスフェノール型エポキシ樹脂の例として
は、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、ビスフェ
ノールＡＤジグリシジルエーテル、ビスフェノールＳジ
グリシジルエーテル、水添ビスフェノールＡジグリシジ
ルエーテル、ビスフェノールＦジグリシジルエーテル、
ビスフェノールＧジグリシジルエーテル、テトラメチル
ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、ビスフェノー
ルヘキサフルオロアセトンジグリシジルエーテル、ビス
フェノールＣジグリシジルエーテル等が挙げられる。

【００１１】臭化エポキシ樹脂の例としては、ジブロモ
メチルフェニルグリシジルエーテル、ジブロモフェニル
グリシジルエーテル、ブロモメチルフェニルグリシジル
エーテル、ブロモフェニルグリシジルエーテル、ジブロ
モメタクレシルグリシジルエーテル、ジブロモネオペン
チルグリコールジグリシジルエーテル、臭化フェノール
ノボラック型エポキシ樹脂等が挙げられる。

【００１２】上記に挙げた脂肪族環状エポキシ樹脂、ビ
スフェノール型エポキシ樹脂、臭化エポキシ樹脂以外に
副成分として種々のエポキシ樹脂を加えることができ
る。加える樹脂はエポキシ基を持っていればどのような
樹脂でもよいが、例えば、ポリブタジエンジグリシジル
エーテル、ポリ−１，４−（２，３−エポキシブタン）
−ｃｏ−１，２−（３，４−エポキシ）−ｃｏ−１，４
−ブタジエンジオール、ネオペンチルグリコールジグリ
シジルエーテル、１，６−ヘキサンジオールジグリシジ
ルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエー
テル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテ
ル、フタル酸ジグリシジルエステル、トリメチロールプ
ロパンポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグ
リシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエ
ーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、アリル
グリシジルエーテル、２−エチルヘキシルグリシジルエ
ーテル、フェニルグリシジルエーテル、フェノールペン
タ（オキシエチレン）グリシジルエーテル、ｐ−tert−
ブチルフェニルグリシジルエーテル、ラウリルアルコー
ルペンタデカ（オキシエチレン）グリシジルエーテル、
ソルビタンポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリト
ールポリグリシジルエーテル、トリグリシジルトリス
（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレート、レゾルシ
ンジグリシジルエーテル、ポリテトラメチレングリコー
ルジグリシジルエーテル、アジピン酸ジグリシジルエス
テル、ヒドロキノンジグリシジルエーテル、テレフタル
酸ジグリシジルエステル、グリシジルフタルイミド、セ
チルグリシジルエーテル、ステアリルグリシジルエーテ
ル、ｐ−オクチルフェニルグリシジルエーテル、ｐ−フ
ェニルフェニルグリシジルエーテル、グリシジルベンゾ
エート、グリシジルアセテート、グリシジルブチレー
ト、スピログリコールジグリシジルエーテル、１，３−
ビス〔１−（２，３−エポキシプロポキシ）−１−トリ
フルオロメチル−２，２，２−トリフルオロエチル〕ベ
ンゼン、１，４−ビス〔１−（２，３−エポキシプロポ
キシ）−１−トリフルオロメチル−２，２，２−トリフ
ルオロエチル〕ベンゼン、４，４′−ビス（２，３−エ
ポキシプロポキシ）オクタフルオロビフェニル、テトラ
グリシジル−ｍ−キシリレンジアミン、テトラグリシジ
ルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジル−パラア
ミノフェノール、トリグリシジル−メタアミノフェノー
ル、ジグリシジルアニリン、ジグリシジルトリブロモア
ニリン、テトラグリシジルビスアミノメチルシクロヘキ
サン、テトラフルオロプロピルグリシジルエーテル、オ
クタフルオロペンチルグリシジルエーテル、ドデカフル
オロオクチルグリシジルエーテル、スチレンオキシド、
リモネンジエポキシド、エモネンモノオキシド、α−ピ
ネンエポキシド、β−ピネンエポキシドなどのエポキシ
化合物が挙げられる。

【００１３】本発明における紫外線硬化樹脂の光重合開
始剤としては、紫外線によりエポキシ基と反応するもの
であれば何でもよいが、例えば、ｐ−メトキシベンゼン
ジアゾニウムヘキサフルオロホスフェート等の芳香族ジ
アゾニウム塩、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオ
ロホスフェート等の芳香族スルホニウム塩、ジフェニル
ヨードニウムヘキサフルオロホスフェート等の芳香族ヨ
ードニウム塩、芳香族ヨードシル塩、芳香族スルホキソ
ニウム塩、メタロセン化合物などが挙げられる。

【００１４】更に、本発明の紫外線硬化樹脂に基板やコ
ア材との接着性を良くするためにシランカップリング剤
を加えることができる。シランカップリング剤の例とし
ては、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−
（β−アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキ
シシラン、Ｎ−（β−アミノエチル）−γ−アミノプロ
ピルトリエトキシシラン、Ｎ−ビス（β−アミノエチ
ル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ
−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカ
プトプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシ
プロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピ
ルトリメトキシシラン、Ｎ−（β−Ｎ−ビニルベンジル
アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラ
ン塩酸塩、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエト
キシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、γ−クロロ
プロピルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザ
ン、γ−アニリノプロピルトリメトキシシラン、ビニル
トリメトキシシラン、オクタデシルジメチル〔３−（ト
リメトキシシリル）プロピル〕アンモニウムクロリド、
γ−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メル
カプトプロピルメチルジメトキシシラン、メチルトリク
ロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロ
ロシラン、ビニルトリエトキシシラン、ベンジルトリメ
チルシラン、ビニルトリス（２−メトキシエトキシ）シ
ラン、γ−メタクリロキシプロピルトリス（２−メトキ
シエトキシ）シラン、β−（３，４−エポキシシクロヘ
キシル）エチルトリメトキシシラン、γ−ウレイドプロ
ピルトリエトキシシラン、γ−イソシアヌルプロピルト
リエトキシシラン、ｎ−オクチルトリエトキシシランな
どが挙げられる。

【００１５】光導波路のコア中にゴミが存在すると散乱
損失を招くため、上記に記載された原料を用いて紫外線
硬化樹脂や熱硬化樹脂を製造する段階で光の波長オーダ
ーのゴミまで除去する必要がある。このため、コア材料
の製造においてはクリーンルーム内での製造やろ過工程
が望ましい。

【００１６】本発明における光導波路の作製方法として
はクラッドに通常の高分子樹脂を用いる場合とコア材と
同様の紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂を用いる場合では若
干異なるが、その一例を示す（図１参照）。すなわち図
１は光導波路の作製方法を示す工程図である。図１にお
いて符号Ａは基板、Ｂは下層クラッド、Ｃはコア層、Ｄ
は上部クラッド、Ｅはレジスト、Ｆはマスク、Ｇは側面
のクラッドを示す。

【００１７】（１）任意の基板に下層クラッドとなるコ
アよりも屈折率の小さな樹脂を塗布する。塗布後、加熱
乾燥などにより溶媒を除去する。ここに紫外線硬化樹脂
又は熱硬化樹脂を用いるときは樹脂を塗布した後に紫外
線又は加熱により硬化するだけで良い。これらの硬化樹
脂を用いると溶媒除去の工程は省くことができる。
（２）この上にコアとなる本発明の樹脂を塗布し、紫外
線により硬化する。（３）そして、コアの上部に上層の
クラッドとして下層クラッドと同様、コアより少し屈折
率の小さな樹脂を塗布する。塗布後、加熱乾燥などによ
り溶媒を除去する。ここにおいても、紫外線硬化樹脂又
は熱硬化樹脂を用いるときは樹脂を塗布した後に紫外線
又は加熱により硬化するだけで良い。これらの硬化樹脂
を用いると溶媒除去の工程は省くことができる。上部ク
ラッド層を形成後、（４）フォトレジストを塗布して
（５）パターニングを行い、（６）反応性イオンエッチ
ング等で導波路パターンを形成する。下層クラッドまで
エッチングできたら、（７）クラッド用の高分子樹脂又
は紫外線硬化樹脂あるいは熱硬化樹脂を塗布し、（８）
溶媒除去又は紫外線あるいは加熱により硬化する。ここ
で下層クラッド、上部クラッド、並びに最後に形成する
コア側面部のクラッドは同じ屈折率であることが望まし
く、同一の材料であるほうが好適である。更に、クラッ
ドに紫外線硬化樹脂又は熱硬化樹脂を用いた場合、最上
面表面が平坦化できる。この場合、多層の光配線が可能
になり、多層化を行う場合は、上記（２）〜（８）を繰
り返せばよい。また、フォトレジストでパターン形成す
る工程は上部クラッド上でなく、直接コアの上で行って
も良い。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を実施例により更に具体的に説
明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。な
お、実施例中の部は重量部を意味する。

【００１９】実施例１ 脂肪族環状エポキシである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（ユニオンカーバイド社製、商品名ＥＲＬ−４
２２１）１００部に、ビニルシクロヘキセンジオキシド
（ユニオンカーバイド社製、商品名ＥＲＬ−４２０６）
２０部、光開始剤としてスルホニウム塩（旭電化工業社
製、商品名オプトマーＳＰ１７０）２部、シランカップ
リング剤としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシ
シラン（日本ユニカー社製、商品名Ａ−１８７）２部配
合し、ポアサイズ０．５μｍ径のフィルタでろ過して屈
折率１．５１６の紫外線硬化樹脂を調製した。屈折率は
メトリコン社製ＰＣ２０００形プリズムカプラーを使用
して測定した。シリコン基板上にポリメチルメタクリレ
ートをスピンコートにより１０μｍの厚さに製膜した。
この膜上に本実施例で調製した紫外線硬化樹脂をスピン
コート法により５μｍの厚さに積層し、紫外線照射によ
り硬化した。この上に通常のフォトプロセスにより幅５
μｍのレジストパターンを形成し、酸素ガス中の反応性
リアクティブイオンエッチングを行った後、レジストを
除去することにより導波路のコア部を形成した。次にポ
リメチルメタクリレートを１５μｍの厚さにスピンコー
トして積層した。波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザー
光を用い、光導波損失を調べたら０．３６ｄＢ／ｃｍで
あった。

【００２０】実施例２〜１７ 実施例１における主成分のＥＲＬ−４２２１及びＥＲＬ
−４２０６の配合組成を変えるほか、脂肪族環状エポキ
シの代りに、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、
ビスフェノールＡＤジグリシジルエーテル、ビスフェノ
ールＦジグリシジルエーテル、ビスフェノールヘキサフ
ルオロアセトンジグリシジルエーテル等のビスフェノー
ル型エポキシ樹脂や、臭化エポキシ樹脂（油化シェルエ
ポキシ社製：商品名エピコート５０５０、日本化薬社
製：商品名ＢＲ−２５０）、下記式（化１）の構造式で
示されるシクロヘキシルフッ素化エポキシ樹脂、ただ
し、〔〕で示した繰り返し単位は平均して、式（化１）
の分子の１０分子につき、１分子の割合で、繰り返し単
位が存在している。

【００２１】

【化１】

【００２２】及び下記の構造式（化２）で示されるテト
ラフルオロプロパングリシジルエーテルを用い、

【００２３】

【化２】

【００２４】光開始剤にＳＰ１７０の代りにスルホニウ
ム塩（旭電化工業社製、商品名オプトマーＳＰ１５０）
を用い、シランカップリング剤にＡ−１８７の代りにγ
−アミノプロピルトリエトキシシラン（日本ユニカー社
製、商品名Ａ−１１００）、又はγ−メタクリロキシプ
ロピルトリメトキシシラン（日本ユニカー社製、商品名
Ａ−１７４）を用いて表１の配合組成で紫外線硬化樹脂
を得た。これらについて実施例１と同じ評価を行った。
評価結果を表２に示す。ただし、クラッドにはポリメチ
ルメタクリレートのほか、ポリトリフルオロメチルメタ
クリレート、ポリカーボネートの高分子樹脂のほか、実
施例と同じ組成の紫外線硬化樹脂を用いた。これらの硬
化樹脂を用いたときは最上面の表面が平坦になった。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】注 １．エポキシ樹脂の略号は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（４２２１）、ビニルシクロ
ヘキセンジオキシド（４２０６）、ビスフェノールＡジ
グリシジルエーテル（Ａ）、ビスフェノールＡＤジグリ
シジルエーテル（ＡＤ）、ビスフェノールＦジグリシジ
ルエーテル（Ｆ）、ビスフェノールヘキサフルオロアセ
トンジグリシジルエーテル（ＨＦＡ）、臭化エポキシ樹
脂エピコート５０５０（５０５０）、臭化エポキシ樹脂
ＢＲ−２５０（２５０）、シクロヘキシルフッ素化エポ
キシ樹脂（ＣＨＥｐ）、テトラフルオロプロパングリシ
ジルエーテル（ＴＦＰＥｐ）とした。 ２．クラッド材の高分子樹脂の略号はポリメチルメタク
リレート（ＰＭＭＡ）、ポリトリフルオロメチルメタク
リレート（ＰＦＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）とし
た。また実施例のコア材と同じ組成のものを用いたもの
はその実施例番号を挙げた。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は溶媒を用
いないコア材を使用するために、溶媒による問題が解消
され、導波路形成工程が簡略化される。また平坦化も容
易であるため、多層の光配線が可能な光導波路を実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光導波路の作製方法を示す工程図であ
る。

【符号の説明】

Ａ：基板、Ｂ：下層クラッド、Ｃ：コア層、Ｄ：上部ク
ラッド、Ｅ：レジスト、Ｆ：マスク、Ｇ：側面のクラッ
ド

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくともコア部が、樹脂により形成さ
   れた光導波路において、前記コア部は、硬化後の屈折率
   が１．４６〜１．６２であり、かつ硬化による体積変化
   が１０％以下である紫外線硬化樹脂から形成されてなる
   ことを特徴とする光導波路。
2. 【請求項２】 前記紫外線硬化樹脂の主成分が少なくと
   も、脂肪族環状エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキ
   シ樹脂、臭化エポキシ樹脂から選ばれた１種であること
   を特徴とする請求項１に記載の光導波路。