KR101258036B1 - 광 도파로 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

생산 효율의 향상을 도모할 수 있으면서 작업성 및 생산 안정성이 우수한 광 도파로의 제조방법 및 이 광 도파로의 제조방법에 의해 제조되는 광 도파로를 제공하기 위해, 언더클래드층(2) 위에 플루오렌 유도체와 광산발생제를 포함하는 광중합성 수지 조성물의 바니쉬를 도포하고, 건조함으로써 표면 점착성이 없는 수지층(4)을 형성한다. 이 수지층(4)에 포토 마스크(5)를 접촉시켜, 콘택트 노광법에 의해 수지층(4)을 노광한 후, 현상(現像)하여 수지층(4)을 패턴 형성한다. 그 후, 수지층(4)을 경화하여 코어층(3)을 형성하고, 그 후, 언더클래드층(2) 위에, 코어층(3)을 피복하도록 오버클래드층(6)을 형성하여 광 도파로를 얻는다. 본 방법에 따르면, 표면 점착성이 없는 수지층(4)을 형성하여, 콘택트 노광법에 의해 노광할 수 있기 때문에, 스페이서를 개재시키는 등의 공정수 및 번잡한 수고를 저감시킬 수 있어, 생산 효율의 향상을 도모할 수 있다.

Description

광 도파로 및 그의 제조방법{OPTICAL WAVEGUIDE AND THE PRODUCTION METHOD THEREOF}
본 발명은 광 도파로 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 폴리머 재료가 사용되는 광 도파로 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
광 도파로는 복수의 광 디바이스를 광 접속하기 위해 널리 사용되고 있다. 최근에는 이러한 광 도파로를 폴리머 재료로 형성하여 가공성이나 양산성의 향상을 도모하는 것이 다양하게 검토되고 있다.
예컨대, 일본 특허 공개 제 1998-268152호 공보에서는 에폭시계 올리고머나 아크릴계 올리고머 등의 액상 감광성 수지를 이용하여, 이를 하부 클래드층에 도포하고, 마스크를 통해 노광시킨 후, 용매로 현상함으로써 코어층을 패턴 형성하는 것이 제안되어 있다.
그러나, 상기한 액상 감광성 수지에서는, 노광전에는 액상이기 때문에, 노광시에 있어서 마스크와 감광성 수지간에 소정 간격을 마련할 필요가 있다. 예컨대, 상기 공보에서는 그의 도 6에 도시된 바와 같이, 마스크와 감광성 수지간에 이들 사이의 간격을 유지하기 위해 스페이서를 개재시키도록 하고 있다.
그러나, 스페이서를 개재시키는 것은 공정수 및 번잡한 수고가 많이 들어 생산 효율의 향상을 도모하는 것이 곤란해진다.
또한, 액상의 감광성 수지에서는 취급에 있어서 마스크를 오염시키거나, 유동으로 인하여 광 도파로를 안정된 형상으로 형성할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 생산 효율의 향상을 도모할 수 있고, 또한 작업성 및 생산 안정성이 우수한 광 도파로의 제조방법, 및 그 광 도파로의 제조방법에 의해 제조되는 광 도파로를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 광 도파로의 제조방법은 하기 화학식 1로 표시되는 플루오렌 유도체와 광산발생제를 포함하는 광중합성 수지 조성물에 의해 코어층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
Figure 112012008509920-pat00001
상기 식에서,
R1 내지 R4는 동일하거나 상이하고 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내며,
R5 및 R6은 동일하거나 상이하고 수소 원자 또는 메틸기를 나타내며,
n은 각각 독립적으로 0 내지 10의 정수를 나타낸다.
또한, 본 방법에서는, 상기 화학식 1에서, R1 내지 R6이 모두 수소 원자이며, n이 각각 독립적으로 0 또는 1인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 광 도파로의 제조방법은 하기 화학식 2로 표시되는 플루오렌 유도체와 광산발생제를 포함하는 광중합성 수지 조성물에 의해 코어층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
Figure 112012008509920-pat00002
상기 식에서,
R7은 각각 독립적으로 수소 원자 또는 메틸기를 나타내고,
n은 각각 독립적으로 0 내지 10의 정수를 나타내고,
m은 각각 독립적으로 2 내지 5의 정수를 나타낸다.
또한, 본 방법에서는, 상기 화학식 2에서, n이 모두 0이며, m이 모두 2인 것이 바람직하다.
또한, 본 방법에서는, 언더클래드층을 형성하는 공정을 구비하고, 상기 코어층을 형성하는 공정은, 상기 언더클래드층 위에, 상기 화학식 1 및/또는 상기 화학식 2로 표시되는 플루오렌 유도체와 광산발생제를 포함하는 광중합성 수지 조성물을 도포한 후, 가열함으로써 수지층을 형성하는 공정, 및 상기 수지층을 패턴 형성하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 수지층을 패턴 형성하는 공정에서는, 상기 수지층에 마스크를 접촉시켜 콘택트 노광법에 의해 노광한 후, 현상하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 하기 화학식 1로 표시되는 플루오렌 유도체와 광산발생제를 포함하는 광중합성 수지 조성물로 형성되는 코어층을 구비하는 광 도파로를 포함하고 있다.
화학식 1
Figure 112012008509920-pat00003
상기 식에서,
R1 내지 R4는 동일하거나 상이하고 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내며,
R5 및 R6은 동일하거나 상이하고 수소 원자 또는 메틸기를 나타내며,
n은 각각 독립적으로 0 내지 10의 정수를 나타낸다.
또한, 이 경우에는, 상기 화학식 1에서, R1 내지 R6이 모두 수소 원자이며, n이 각각 독립적으로 0 또는 1인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 하기 화학식 2로 표시되는 플루오렌 유도체와 광산발생제를 포함하는 광중합성 수지 조성물로 형성되는 코어층을 구비하는 광 도파로를 포함하고 있다.
화학식 2
Figure 112012008509920-pat00004
상기 식에서,
R7은 각각 독립적으로 수소 원자 또는 메틸기를 나타내고,
n은 각각 독립적으로 0 내지 10의 정수를 나타내고,
m은 각각 독립적으로 2 내지 5의 정수를 나타낸다.
또한, 이 경우에는, 상기 화학식 2에서, n이 모두 0이며, m이 모두 2인 것이 바람직하다.
본 발명의 광 도파로의 제조방법에서는 플루오렌 유도체와 광산발생제를 포함하는 광중합성 수지 조성물로 코어층을 형성하기 때문에, 그 코어층의 형성시에 있어서 확실한 패턴 형성을 확보할 수 있고, 특히 노광 및 현상에 의해 패턴 형성하는 경우에는, 마스크와 광중합성 수지 조성물로 형성되는 수지층간에 소정 간격을 마련하지 않더라도 마스크를 수지층에 접촉시켜 노광할 수 있다.
이 때문에, 본 방법에 따르면, 스페이서를 개재시키는 등의 공정수 및 번잡한 수고를 저감시킬 수 있어, 생산 효율의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 마스크를 수지층에 접촉시키더라도, 마스크의 오염을 저감시킬 수 있다. 또한, 수지층이 유동하기 어려워, 광 도파로를 안정된 형상으로 형성할 수 있다.
그 결과, 본 발명의 광 도파로는 생산 효율이 좋은 제조로 인하여, 비용 저감을 도모할 수 있고, 게다가 형상 안정성이 우수하고 품질이 양호한 광 도파로로서 다양한 분야에서 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 광 도파로의 제조방법의 한 실시양태를 나타내는 제조 공정도로서, 도 1(a)는 기판을 준비하는 공정이고, 도 1(b)는 기판 위에 언더클래드층을 형성하는 공정이고, 도 1(c)는 언더클래드층 위에 수지층을 형성하는 공정이고, 도 1(d)는 수지층을 포토 마스크를 통해 노광하는 공정이고, 도 1(e)는 수지층을 현상하여 패턴 형성하는 공정이고, 도 1(f)는 수지층을 경화시켜 코어층을 형성하는 공정이고, 도 1(g)는 언더클래드층 위에 코어층을 피복하도록 오버클래드층을 형성하는 공정이고, 도 1(h)는 기판을 제거하는 공정을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 광 도파로의 제조방법의 한 실시양태를 나타내는 제조 공정도이다.
도 1에 있어서, 본 방법에서는 우선 도 1(a)에 나타낸 바와 같이, 기판(1)을 준비한다. 기판(1)으로서는 특별히 제한되지 않고, 예컨대, 실리콘 웨이퍼, 유리 등으로 이루어진 세라믹 기판, 예컨대, 구리, 알루미늄, 스테인레스, 철합금 등으로 이루어진 금속 기판, 예컨대, 폴리이미드, 유리-에폭시 등으로 이루어진 플라스틱 기판 등이 사용된다. 또한, 유리 기판 위에 금속 박막이 적층되는 적층 기판, 금속 배선이 이미 설치된 배선 회로 기판 등도 이용할 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 기판(1)을 최종적으로 제거함으로써 광 도파로를 필름 형상으로 하는, 소위 가요성 광 도파로를 형성하는 경우에는 에칭이 가능한 금속 기판 또는 적층 기판이 바람직하게 사용된다.
또한, 기판(1)의 두께는, 예컨대, 10 내지 5000μm, 바람직하게는 10 내지 1500μm이다.
이어서, 본 방법에서는, 도 1(b)에 나타낸 바와 같이, 기판(1) 위에 언더클래드층(2)을 형성한다. 언더클래드층(2)으로서는, 후술하는 코어층(3)보다 굴절률이 낮으면 특별히 제한되지 않고, 예컨대 폴리이미드 수지, 에폭시 수지 등의 수지로 형성된다. 또한, 후술하는 광중합성 수지 조성물로 형성할 수도 있다. 또한, 언더클래드층(2)을 패턴 형성하는 경우에는 감광성 수지로 형성하는 것이 바람직하다.
언더클래드층(2)의 형성은 특별히 제한되지 않지만, 예컨대, 기판(1) 위에 상기한 수지가 용매에 용해되어 있는 바니쉬를 도포하고, 용매를 제거하여 수지층을 형성한다. 그 후, 수지가 감광성 수지인 경우에는 공지된 방법에 의해 노광 및 현상하여 패턴 형성하고, 그 후 가열에 의해 경화한다.
바니쉬의 도포는, 예컨대, 스핀 코팅법, 딥핑법, 캐스팅법, 인젝션법, 잉크 젯법 등이 사용된다.
경화는, 예컨대, 폴리이미드 수지를 형성하는 경우에는 300 내지 400℃에서 가열한다.
또한, 언더클래드층(2)의 두께는 다중 모드 광 도파로의 경우에는 예컨대 5 내지 50μm이고, 단일 모드 광 도파로의 경우에는 예컨대 1 내지 20μm이다.
또한, 기판(1)의 굴절률이 낮은 경우에는, 기판(1) 그 자체를 언더클래드층(2)으로서 이용할 수 있다. 그 경우에는, 기판(1)으로 이루어진 언더클래드층(2) 위에 코어층(3)이 형성된다.
또한, 언더클래드층(2)의 형성에 있어서는, 기판(1)과 언더클래드층(2)간의 밀착성을 향상시키기 위해 상기한 수지에 커플링제를 포함할 수 있다.
이러한 커플링제로서는 예컨대 에폭시계의 실레인 커플링제나 아미노계의 실레인 커플링제 등이 사용된다. 에폭시계의 실레인 커플링제로서는 예컨대 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트라이메톡시실레인, 3-글리시독시프로필트라이메톡시실레인, 3-글리시독시프로필메틸다이에톡시실레인, 3-글리시독시프로필트라이에톡시실레인 등을 들 수 있다. 아미노계의 실레인 커플링제로서는 예컨대 3-아미노프로필트라이메톡시실레인, 3-아미노프로필트라이에톡시실레인 등을 들 수 있다.
이어서, 본 방법에서는, 도 1(c) 내지 (f)에 나타낸 바와 같이, 언더클래드층(2) 위에 코어층(3)을 형성한다. 코어층(3)의 형성에는 광중합성 수지 조성물이 사용된다.
광중합성 수지 조성물은 하기 화학식 1 및/또는 하기 화학식 2로 표시되는 플루오렌 유도체와 광산발생제를 포함하고 있다.
화학식 1
Figure 112012008509920-pat00005
상기 식에서,
R1 내지 R4는 동일하거나 상이하고 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내며,
R5 및 R6은 동일하거나 상이하고 수소 원자 또는 메틸기를 나타내며,
n은 각각 독립적으로 0 내지 10의 정수를 나타낸다.
화학식 1에 있어서, R1 내지 R4로 표시되는 탄소수 1 내지 6의 알킬기로서는, 예컨대, 메틸, 에틸, n-프로필, 아이소프로필, n-뷰틸, 아이소뷰틸, s-뷰틸, t-뷰틸, n-펜틸, 네오펜틸, n-헥실 등을 들 수 있다.
또한, 화학식 1에 있어서는, R1 내지 R6이 모두 수소 원자이며, n이 각각 독립적으로 0 또는 1인 것이 바람직하다. 이러한 플루오렌 유도체는 보다 구체적으로는, 예컨대, R1 내지 R6 모두가 수소 원자이며 n이 모두 1인 비스페녹시에탄올 플루오렌다이글라이시딜 에터(에폭시 당량 320), R1 내지 R6 모두가 수소 원자이며 n이 모두 0인 비스페놀 플루오렌다이글라이시딜 에터(에폭시 당량 234)를 들 수 있다.
화학식 2
Figure 112012008509920-pat00006
상기 식에서,
R7은 각각 독립적으로 수소 원자 또는 메틸기를 나타내고,
n은 각각 독립적으로 0 내지 10의 정수를 나타내고,
m은 각각 독립적으로 2 내지 5의 정수를 나타낸다.
또한, 화학식 2에서는, n이 모두 0이며, m이 모두 2인 것이 바람직하다. 이러한 플루오렌 유도체는 보다 구체적으로는 예컨대 하기 화학식 3으로 표시되는 비스페놀 플루오렌테트라글라이시딜 에터(에폭시 당량 200)를 들 수 있다.
Figure 112012008509920-pat00007
이들 플루오렌 유도체(상기 화학식 1로 표시되는 플루오렌 유도체 및 상기 화학식 2로 표시되는 플루오렌 유도체)는 단독으로 사용하거나 2종류 이상 병용할 수 있다. 또한, 이러한 플루오렌 유도체는 공지된 방법에 의해 제조할 수 있다.
플루오렌 유도체의 배합 비율은, 예컨대 광중합성 수지 조성물 전량에 대하여, 50 내지 99.9 중량%, 바람직하게는 80 내지 99 중량%이다. 50 중량%보다 적으면, 도포 후에 성막하기 어려워지는 경우가 있다. 99.9 중량%보다 많으면, 광산발생제의 배합 비율이 적어져 경화가 불충분해지는 경우가 있다.
광산발생제로서는, 특별히 제한되지 않고, 예컨대 오늄염 등의 종래 공지된 것이 사용된다. 오늄염으로서는 예컨대 다이아조늄염, 설포늄염, 아이오도늄염, 포스포늄염, 셀레늄염 등을 들 수 있다. 또한, 이들 염(짝이온)으로서는, 예컨대, CF3SO3 -, BF4 -, PF6 -, AsF6 -, SbF6 - 등의 음이온을 들 수 있다.
보다 구체적으로는, 예컨대, 4,4-비스[다이(β하이드록시에톡시)페닐설피니오]페닐설파이드-비스-헥사플루오로안티모네이트, 알릴설포늄헥사플루오로포스페이트, 트라이페닐설포늄 트라이플레이트, 4-클로로벤젠다이아조늄헥사플루오로포스페이트, 트라이페닐설포늄헥사플루오로안티모네이트, 트라이페닐설포늄헥사플루오로포스페이트, (4-페닐싸이오페닐)다이페닐설포늄헥사플루오로안티모네이트, (4-페닐싸이오페닐)다이페닐설포늄헥사플루오로포스페이트, 비스[4-(다이페닐설포니오)페닐]설파이드-비스-헥사플루오로안티모네이트, 비스[4-(다이페닐설포니오)페닐]설파이드-비스-헥사플루오로포스페이트, (4-메톡시페닐)다이페닐설포늄헥사플루오로안티모네이트, (4-메톡시페닐)페닐아이오도늄헥사플루오로안티모네이트, 비스(4-t-뷰틸페닐)아이오도늄헥사플루오로포스페이트, 벤질트라이페닐포스포늄헥사플루오로안티모네이트, 트라이페닐셀레늄헥사플루오로포스페이트 등을 들 수 있다. 이들 광산발생제는 단독으로 사용하거나 2종류 이상 병용할 수 있다.
또한, 광산발생제의 배합 비율은, 예컨대, 플루오렌 유도체 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부, 바람직하게는, 0.5 내지 5 중량부이다.
또한, 광중합성 수지 조성물에는 본 발명의 우수한 효과를 저해하지 않는 범위에서, 상기 성분 이외에, 예컨대, 반응성 올리고머, 희석제 등의 각종 성분을 포함할 수 있다.
반응성 올리고머로서는, 예컨대, 에폭시(메트)아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 뷰타다이엔 아크릴레이트, 옥세탄 등이 사용된다. 바람직하게는, 옥세탄이 사용된다. 옥세탄은 소량 첨가하는 것만으로 광중합성 수지 조성물의 경화를 촉진시킬 수 있다. 보다 구체적으로는, 예컨대, 3-에틸-3-하이드록시메틸옥세탄, 3-에틸-3-(페녹시메틸)옥세탄, 다이(1-에틸(3-옥세탄일))메틸에터, 3-에틸-3-(2-에틸헥실메틸)옥세탄 등을 들 수 있다. 이들 반응성 올리고머는 단독으로 사용하거나 2종 이상 병용할 수 있다. 또한, 반응성 올리고머의 배합 비율은, 예컨대, 플루오렌 유도체 100 중량부에 대하여 5 내지 100 중량부이다.
희석제로서는, 예컨대, 탄소수 2 내지 25의 알킬모노글라이시딜 에터(예컨대, 뷰틸글라이시딜 에터, 2-에틸헥실글라이시딜 에터 등), 뷰테인다이올다이글라이시딜 에터, 1,6-헥세인다이올다이글라이시딜 에터, 네오펜틸글라이콜다이글라이시딜 에터, 도데케인다이올다이글라이시딜 에터, 펜타에틸트라이올폴리글라이시딜 에터, 트라이메틸올프로페인폴리글라이시딜 에터, 글리세롤 폴리글라이시딜 에터, 페닐글라이시딜 에터, 레조르신 글라이시딜 에터, p-3급-뷰틸페닐글라이시딜 에터, 알릴글라이시딜 에터, 테트라플루오로프로필글라이시딜 에터, 옥타플루오로프로필글라이시딜 에터, 도데카플루오로펜틸글라이시딜 에터, 스타이렌옥사이드, 1,7-옥타다이엔 다이에폭사이드, 리모넨다이에폭사이드, 리모넨모노옥사이드, α-피넨에폭사이드, β-피넨에폭사이드, 사이클로헥센에폭사이드, 사이클로옥텐에폭사이드, 바이닐사이클로헥센 옥사이드 등을 들 수 있다. 내열성, 투명성을 고려하면, 바람직하게는, 3,4-에폭시사이클로헥센일메틸-3',4'-에폭시사이클로헥센카복실레이트, 3,4-에폭시사이클로헥센일에틸-8,4-에폭시사이클로헥센카복실레이트, 바이닐사이클로헥센 다이옥사이드, 알릴사이클로헥센 다이옥사이드, 8,4-에폭시-4-메틸사이클로헥실-2-프로필렌옥사이드, 비스(3,4-에폭시사이클로헥실)에터 등의 분자내에 지환식 구조를 갖는 에폭시를 들 수 있다.
이들 희석제는 단독으로 사용하거나 2종류 이상 병용할 수 있다. 또한, 희석제의 배합 비율은, 예컨대, 플루오렌 유도체 100 중량부에 대하여 5 내지 200 중량부이다.
그리고, 광중합성 수지 조성물은 상기한 각 성분을 용매에 배합하여 용해 혼합함으로써 바니쉬로서 조제할 수 있다.
용매로서는, 예컨대, 2-뷰탄온, 사이클로헥산온, N,N-다이메틸아세트아마이드, 다이글라임, 다이에틸렌글라이콜 메틸에틸 에터, 프로필렌글라이콜메틸아세테이트, 프로필렌글라이콜모노메틸 에터, 테트라메틸퓨란, 다이메톡시에테인 등이 사용된다. 이들 용매는 단독으로 사용하거나 2종류 이상 병용하여, 도포에 적합한 점도를 얻을 수 있도록 적량 사용된다.
또한, 광중합성 수지 조성물은 용매를 사용하지 않고, 예컨대, 희석제를 용매 대신으로 하여 희석제에 의해 다른 성분을 용해 혼합함으로써 바니쉬로서 조제할 수도 있다.
그리고, 코어층(3)의 형성에서는, 우선 상기에서 수득된 바니쉬를 언더클래드층(2) 위에 도포하여 건조함으로써 도 1(c)에 나타낸 바와 같이, 수지층(4)을 형성한다.
도포는 상기와 같이, 예컨대, 스핀 코팅법, 딥핑법, 캐스팅법, 인젝션법, 잉크 젯법 등이 사용된다. 건조는, 예컨대, 50 내지 120℃에서 가열한다. 이에 따라, 수지층(4)은 그 표면에 점착성(표면 점착성)이 실질적으로 잔존하지 않는 필름으로서 형성된다.
이어서, 도 1(d)에 나타낸 바와 같이, 수지층(4)을, 소정 패턴으로 형성되어 있는 포토마스크(5)를 통해 노광시킨다. 노광 방법으로서는, 예컨대, 투영 노광, 근접식 노광, 콘택트 노광 등을 들 수 있지만, 수지층(4)에 표면 점착성이 없기 때문에 포토 마스크(5)를 수지층(4)에 접촉시키는 콘택트 노광법이 바람직하게 사용된다.
콘택트 노광법에서는 포토 마스크(5)를 수지층(4)의 표면에 직접 접촉시키기 때문에, 스페이서 등을 필요로 하지 않아 작업성의 향상을 도모하면서 잠상의 확실한 패턴 형성을 도모할 수 있다.
노광하는 조사선으로서는, 예컨대, 가시광, 자외선, 적외선, X선, α선, β선, γ선 등이 사용된다. 바람직하게는, 자외선이 사용된다. 자외선을 이용하면, 큰 에너지를 조사하여 빠른 경화 속도를 얻을 수 있다. 또한, 조사 장치도 소형이면서 저렴하여, 생산 비용의 저감화를 도모할 수 있다. 보다 구체적으로는, 예컨대, 저압 수은등, 고압 수은등, 초고압 수은등 등의 광원을 이용하여 자외선을 조사한다. 자외선의 조사량은 예컨대, 10 내지 10000 mJ/cm2, 바람직하게는, 50 내지 3000 mJ/cm2이다.
또한, 경도가 높은 코어층(3)을 얻는 경우에는, 노광후에 80 내지 250℃, 바람직하게는 100 내지 200℃에서 10초 내지 2시간, 바람직하게는, 5분 내지 1시간으로 가열(노광후 가열)한다. 이에 따라, 후술하는 경화시에 있어서 가교 반응이 촉진되어, 고도의 3차원 가교가 형성된다. 그 때문에 경도가 높은 코어층(3)을 얻을 수 있고, 광 도파로의 내열성의 향상을 도모할 수 있다.
이러한 노광(노광후 가열)에 의해, 수지층(4)에는 후술하는 현상에서 미노광 부분이 용해되는 네거티브형의 잠상이 형성된다.
이어서, 도 1(e)에 나타낸 바와 같이, 노광(또는 노광후 가열)된 수지층(4)을 현상하여 패턴 형성한다.
현상은, 예컨대, 침지법, 스프레이법, 패들법 등이 사용된다. 또한, 현상제로서, 예컨대, 유기계의 용매, 알칼리계 수용액을 함유하는 유기계의 용매 등이 사용된다. 이러한 현상제 및 현상 조건은 광중합성 수지 조성물의 조성에 의해 적절히 선택된다.
이러한 현상에 의해, 수지층(4)에 있어서의 미노광 부분이 용해되고, 수지층(4)이 패턴 형성된다.
그 후, 도 1(f)에 나타낸 바와 같이, 패턴 형성된 수지층(4)을 경화시켜 코어층(3)을 형성한다. 코어층(3)의 경화는, 예컨대 80 내지 250℃에서 가열한다. 이에 따라, 코어층(3)이 소정 패턴으로 형성된다.
또한, 코어층(3)의 두께는 다중 모드 광 도파로의 경우에는 예컨대 20 내지 100μm이고, 단일 모드 광 도파로의 경우에는 예컨대 2 내지 10μm이다.
또한, 본 발명에 있어서는 플루오렌 유도체를 함유하는 광중합성 수지 조성물을 사용하기 때문에 바니쉬의 점도를 높게 할 수 있다. 그 때문에, 두껍게 도포하여 수지층(4)을 두껍게 형성할 수 있다. 그 결과, 다중 모드 광 도파로에 마련되는 바와 같은 두꺼운 코어층(3)을 용이하게 형성할 수 있다.
또한, 코어층(3)의 패턴 형성에 있어서, 상기 방법에서는 수지층(4)을 형성한 후에 포토 마스크(5)를 통해 노광하고, 그 후 현상함으로써 패턴 형성했지만, 노광 및 현상하지 않고, 예컨대, 수지층(4)을 형성한 후에 레이저 가공 등에 의해 수지층(4)을 패턴 형성할 수도 있다. 본 방법에 있어서도 수지층(4)이 점착성(표면 점착성)이 실질적으로 잔존하지 않는 필름으로서 형성되기 때문에, 정밀도도 좋게 레이저 가공할 수 있어, 확실한 패턴 형성을 확보할 수 있다.
그리고, 본 방법에서는 도 1(g)에 나타낸 바와 같이, 언더클래드층(2) 위에 코어층(3)을 피복하도록 오버클래드층(6)을 형성하여 광 도파로를 얻는다.
오버클래드층(6)은 오버클래드층(6)과 언더클래드층(2)의 굴절률을 동일하게 하기 때문에, 언더클래드층(2)을 형성하는 수지와 동일한 수지로부터 동일한 방법에 의해 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 오버클래드층(6)의 두께는, 다중 모드 광 도파로의 경우에는 예컨대 5 내지 100μm이고, 단일 모드 광 도파로의 경우에는 예컨대 1 내지 20μm이다.
또한, 상기 방법에서는 기판(1) 위에 광 도파로를 형성했지만, 필름형의 가요성 광 도파로를 형성하는 경우에는, 도 1(h)에 나타낸 바와 같이, 기판(1)을 예컨대, 에칭 또는 박리 등에 의해 제거한다.
또한, 상기에 의해 수득되는 광 도파로에서는 코어층(3)의 굴절률을 언더클래드층(2) 및 오버클래드층(6)의 굴절률보다 높게 할 필요가 있지만, 각 층의 굴절률은 각 층을 형성하는 재료의 조성을 적절히 선택함으로써 조정할 수 있다.
또한, 이렇게 해서 수득되는 광 도파로는 목적 및 용도에 따라 적절히 적당한 길이로 절단하여 사용할 수 있고, 보통 그 길이는 1mm 내지 30cm이다.
그리고, 상기한 광 도파로의 제조방법에서는 수지층(4)을 플루오렌 유도체와 광산발생제를 포함하는 광중합성 수지 조성물로 형성하기 때문에, 실질적으로 표면 점착성이 없는 수지층(4)을 형성할 수 있다. 그 때문에, 코어층(3)의 형성시에 있어서 확실한 패턴 형성을 확보할 수 있다. 특히, 노광 및 현상에 의해 패턴 형성하는 경우에는 포토 마스크(5)와 수지층(4) 사이에 소정의 간격을 마련하지 않아도 콘택트 노광법에 의해 포토 마스크(5)를 수지층(4)에 접촉시켜 노광시킬 수 있다.
이 때문에, 본 방법에 따르면 스페이서를 개재시키는 등의 공정수 및 번잡한 수고를 저감시킬 수 있어, 생산 효율의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 포토 마스크(5)를 수지층(4)에 접촉시키더라도 포토 마스크(5)의 오염을 저감시킬 수 있다. 또한, 수지층(4)이 유동하기 어려워, 광 도파로를 안정된 형상으로 형성할 수 있다.
그 결과, 본 방법에 의해 수득되는 광 도파로는 생산 효율이 좋은 제조로 인하여 비용 저감을 도모할 수 있고, 게다가 형상 안정성이 우수하고 품질이 양호한 광도파로로서 다양한 분야에서 이용할 수 있다.
즉, 이렇게 수득되는 광 도파로의 형태는 특별히 제한되지 않고, 구체적으로는 직선 광 도파로, 굴곡 광 도파로, 교차 광 도파로, Y 분지형 광 도파로, 슬래브 광 도파로, 마하젠더(Mach-Zehnder)형 광 도파로, AWG형 광 도파로, 그래이팅(grating), 광 도파로 렌즈 등을 들 수 있다.
또한, 이러한 광 도파로를 내장한 광 디바이스로서, 예컨대, 파장 필터, 광 스위치, 광 분파기, 광 합성기, 광합분파기, 광 앰프, 파장 변환기, 파장 분할기, 광 스플리터, 방향성 결합기, 추가로 레이저 다이오드나 포토다이오드를 하이브리드 집적한 광 전송 모듈이나 광 전기 혼재 기판 등을 들 수 있다.
실시예
이하에 실시예를 나타내어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 실시예에 의해 어떠한 한정도 되지 않는다.
<바니쉬의 조제>
표 1에 나타낸 처방으로, 용매로서 사이클로헥산온을 이용하여 각 성분을 혼합 용해하여 바니쉬 A 내지 H를 조제하였다. 또한, 각 바니쉬를 경화시킨 경화물의 측정 파장 633nm에서의 굴절률을 함께 표 1에 나타내었다.
Figure 112012008509920-pat00008
실시예 1
10cm×10cm의 유리 기판 위에 진공 증착법에 의해 두께 20nm의 알루미늄층이 형성된 기판을 준비하였다(도 1(a) 참조).
그 기판 위에, 바니쉬 A를 스핀 코팅법에 의해 도포하고, 90℃에서 15분간 건조하여 수지층을 형성하였다. 그 후, 수지층의 전면에, 2000 mJ/cm2의 조사량으로 자외선을 조사하고, 이어서 170℃에서 30분간 가열함으로써 두께 30μm의 언더클래드층을 형성하였다(도 1(b) 참조).
이어서, 바니쉬 B를 언더클래드층 위에 스핀 코팅법에 의해 도포하고, 90℃에서 15분간 건조하여 수지층을 형성하였다(도 1(c) 참조). 이어서, 50μm폭의 직선 광 도파로 패턴이 그려진 포토 마스크(합성 석영계의 크롬 마스크)를 이용하여 콘택트 노광법으로 2000 mJ/cm2의 조사량으로 자외선을 조사하였다(도 1(d) 참조). 이 때, 포토 마스크를 수지층에 직접 접촉시켰지만, 노광 후에 있어서 포토마스크에 수지의 부착은 보이지 않았다.
그 후, 90℃에서 60분간 노광후 가열한 뒤, 아세토나이트릴계 현상액중에 침지하여 현상하여 수지층을 패턴 형성하였다(도 1(e) 참조). 그 후, 수지층을 170℃에서 30분간 가열함으로써 두께 50μm, 폭 50μm의 단면 방형의 코어층을 형성하였다(도 1(f) 참조).
그리고, 코어층을 포함하는 언더클래드층 위에 바니쉬 A를 스핀 코팅법에 의해 도포하고, 90℃에서 15분간 건조하여 수지층을 형성하였다. 그 후, 수지층의 전면에 2000 mJ/cm2의 조사량으로 자외선을 조사하고, 이어서 170℃에서 30분간 가열함으로써 두께 80μm의 오버클래드층을 형성하였다(도 1(g) 참조). 이에 따라, 비굴절률(△)이 2.0%인 다중 모드 광 도파로를 수득하였다.
또한, 이것을 40℃의 염화제2철의 염산 수용액에 침지시킴으로써 기판을 에칭하여 필름형의 가요성 광 도파로를 형성하였다(도 1(h) 참조).
마지막으로, 다이싱 장치(모델 522, 디스코사 제품)로, 수득된 가요성 광 도파로를 5cm의 길이로 잘라내고, 단면 처리후 파장 850nm의 레이저광을 이용하여 통상적 방법인 컷백법(cutback method)에 의해 광 전파 손실을 측정한 결과, 0.05dB/cm였다.
또한, 곡률 반경(R)은 20mm로 광 도파로를 굴곡시키더라도 광전파 손실의 변화는 관찰되지 않았고, 양호한 가요성이 확인되었다. 또한, 디바이스에 장착할 때에 이 광 도파로를 곡률 반경(R) 5mm 정도로 굴곡시키더라도 광 도파로가 파손되지 않았다.
실시예 2
바니쉬 A 대신에 바니쉬 C를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 기판 위에 두께 30μm의 언더클래드층을 형성하였다.
이어서, 바니쉬 B 대신에 바니쉬 D를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 언더클래드층 위에 두께 50μm, 폭 50μm의 단면 방형의 코어층을 형성하였다.
또한, 노광시에는 포토 마스크를 수지층에 직접 접촉시켰지만, 노광후에 있어서 포토마스크에 수지의 부착은 보이지 않았다.
그 후, 바니쉬 A 대신에 바니쉬 C를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 두께 80μm의 오버클래드층을 형성하였다. 이에 따라, 비굴절률(△)이 3.0%인 다중 모드 광 도파로를 수득하였다.
또한, 기판을 제거하지 않고 실시예 1과 동일하게 하여 다이싱 장치(모델 522, 디스코사 제품)에 의해, 수득된 광 도파로를 5cm의 길이로 잘라내고, 단면 처리후, 파장 850nm의 레이저광을 이용하여 통상적 방법인 컷백법에 의해 광전파 손실을 측정한 결과, 0.05dB/cm였다.
실시예 3
4인치 실리콘 웨이퍼를 기판으로 준비하고, 그 기판 위에 바니쉬 E를 스핀 코팅법에 의해 도포하고, 90℃에서 15분간 건조하여 수지층을 형성하였다. 그 후, 수지층의 전면에, 2000 mJ/cm2의 조사량으로 자외선을 조사하고, 이어서, 170℃에서 30분간 가열함으로써 두께 10μm의 언더클래드층을 형성하였다.
이어서, 바니쉬 B 대신에 바니쉬 F를 이용하여 포토마스크의 패턴폭을 6μm로 바꾼 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 언더클래드층 위에 두께 6μm, 폭 6μm의 단면 방형의 코어층을 형성하였다.
또한, 노광시에는 포토 마스크를 수지층에 직접 접촉시켰지만, 노광후에 있어서 포토 마스크에 수지의 부착은 보이지 않았다.
그 후, 바니쉬 A 대신에 바니쉬 E를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 두께 15μm의 오버클래드층을 형성하였다. 이에 따라 비굴절률(△)이 0.5%인 다중 모드 광 도파로를 수득하였다.
또한, 기판을 제거하지 않고 실시예 1과 동일하게 하여 다이싱 장치(모델 522, 디스코사 제품)에 의해, 수득된 광 도파로를 5cm의 길이로 잘라내고, 단면 처리후 파장 1550nm의 레이저광을 이용하여 통상적 방법인 컷백법에 의해 광전파 손실을 측정한 결과, 1.0dB/cm였다.
실시예 4
10cm×10cm의 유리 에폭시 기판(FR4)을 준비하고, 그 기판 위에 바니쉬 G를 스핀 코팅법에 의해 도포하고, 90℃에서 15분간 건조하여 수지층을 형성하였다. 그 후, 수지층의 전면에 2000 mJ/cm2의 조사량으로 자외선을 조사하고, 이어서 170℃에서 30분간 가열함으로써 두께 30μm의 언더클래드층을 형성하였다.
이어서, 바니쉬 B 대신에 바니쉬 H를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 언더클래드층 위에 두께 50μm, 폭 50μm의 단면 방형의 코어층을 형성하였다.
또한, 노광시에는 포토 마스크를 수지층에 직접 접촉시켰지만, 노광후에 있어서 포토 마스크에서 수지의 부착은 보이지 않았다.
그 후, 바니쉬 A 대신에 바니쉬 G를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 두께 80μm의 오버클래드층을 형성하였다. 이에 따라 비굴절률(△)이 1.9%인 다중 모드 광 도파로를 수득하였다.
또한, 수득된 광 도파로를 260℃에서 3분간 열처리한 후, 기판을 제거하지 않고 실시예 1과 동일하게 하여 다이싱 장치(모델 522, 디스코사 제품)에 의해, 수득된 광 도파로를 5cm의 길이로 잘라내고, 단면 처리후, 파장 850nm의 레이저광을 이용하여 통상적 방법인 컷백법에 의해 광전파 손실을 측정한 결과, 0.08dB/cm였다.
또한, 상기 발명은 본 발명의 예시의 실시 양태로서 제공했지만, 이는 단순한 예시에 불과하며, 한정적으로 해석해서는 안된다. 당해 기술 분야의 당업자에 의해 분명한 본 발명의 변형예는 후술하는 특허청구범위에 포함되는 것이다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 하기 화학식 3으로 표시되는 플루오렌 유도체와 광산발생제를 포함하는 광중합성 수지 조성물에 의해 코어층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 도파로의 제조방법:
    화학식 3
    Figure 112012008509920-pat00011
  3. 제 2 항에 있어서,
    언더클래드층을 형성하는 공정,
    상기 언더클래드층 위에, 상기 코어층을 형성하는 공정, 및
    상기 언더클래드층 위에, 상기 코어층을 피복하도록 오버클래드층을 형성하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 도파로의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 하기 화학식 3으로 표시되는 플루오렌 유도체와 광산발생제를 포함하는 광중합성 수지 조성물로부터 형성되는 코어층을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 도파로.
    화학식 3
    Figure 112012008509920-pat00014
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