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JP2007106002A - Method for molding minute shape - Google Patents

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JP2007106002A
JP2007106002A JP2005299335A JP2005299335A JP2007106002A JP 2007106002 A JP2007106002 A JP 2007106002A JP 2005299335 A JP2005299335 A JP 2005299335A JP 2005299335 A JP2005299335 A JP 2005299335A JP 2007106002 A JP2007106002 A JP 2007106002A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for molding a minute shape which can surely make the film thickness of a curable material constituting an under clad uniform. <P>SOLUTION: First, a plurality of positioning parts 2a having a prescribed height are set on a substrate 1. Next, a layer of the thermosetting material 4 is arranged on the substrate 1 to be thicker than the height of the positioning parts 2a. Next, a mold 5 in which the minute shape is formed in the undersurface is pushed from above to the thermosetting material 4 to contact the positioning parts 2a. In this state, the thermosetting material 4 is cured. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、光導波路基板を製造する際の微細形状の成形方法に関するものである。   The present invention relates to a method for forming a fine shape when manufacturing an optical waveguide substrate.

光導波路基板は、クラッド中にクラッドより屈折率の高いコアが形成されて構成されたものである。この光導波路基板を製造する方法としては、例えば次のような方法が知られている。   The optical waveguide substrate is configured by forming a core having a refractive index higher than that of the clad in the clad. As a method of manufacturing this optical waveguide substrate, for example, the following method is known.

まず、光硬化性材料を基板(例えばシリコン基板)上にスピンコート等により均一の厚みで塗布して、その上からコア形状(微細形状)を施した金型をプレスし、その状態で前記光硬化性材料を加熱硬化あるいは光硬化させることで、コア形状となる凹部を有するアンダークラッドを形成する。次いで、前記凹部にコア材料をスピンコート等により充填し硬化させることでコアを形成し、さらにその上にアンダークラッドを形成する際に使用した光硬化性材料をスピンコート等により均一の厚みで塗布し硬化させることでオーバークラッドを形成する。   First, a photo-curable material is applied on a substrate (for example, a silicon substrate) with a uniform thickness by spin coating or the like, and a die having a core shape (fine shape) is pressed thereon. By curing the curable material with heat or photocuring, an underclad having a concave portion having a core shape is formed. Next, the core is formed by filling the concave portion with a core material by spin coating or the like, and then the core is formed, and further, the photocurable material used for forming the under clad thereon is applied with a uniform thickness by spin coating or the like. Overclad is formed by curing.

しかし、前記のような金型をプレスしてアンダークラッドを形成する方法では、基板と金型との平行度が出ていないと、アンダークラッドの膜厚を均一にすることができないため、アンダークラッドの膜厚を均一にするには、金型及びプレス機を高精度に製造するとともに金型を高精度で位置決めする必要があり、高コストとなってしまうという問題があった。また、実際にそのようにしたとしても、各部の累積誤差によって基板と金型との平行度を数μm以下に抑えることは困難であった。   However, in the method of forming the underclad by pressing the mold as described above, the underclad film thickness cannot be made uniform unless the parallelism between the substrate and the mold is obtained. In order to make the film thickness uniform, it is necessary to manufacture a mold and a press machine with high accuracy and to position the mold with high accuracy, resulting in a high cost. Even if it is actually done so, it has been difficult to suppress the parallelism between the substrate and the mold to several μm or less due to the accumulated error of each part.

そして、このように形成されたアンダークラッドでは、厚みの精度が悪く、例えば厚みが薄くなったアンダークラッドを使用して光導波路基板を製造した場合には、基板であるシリコン基板に光が吸収され、伝播損失や偏波依存性が悪くなる。また、下面に対して上面が傾斜したアンダークラッドを使用した場合には、光導波路基板を光ファイバーと接続するときに、基板下面を基準とすると、イン側とアウト側のコア位置が異なることになり、コア位置検出に時間がかかり非効率となる。このため、コア形状となる凹部を有するアンダークラッドの厚みを均一にすることが重要となる。   The underclad formed in this way has poor thickness accuracy. For example, when an optical waveguide substrate is manufactured using a thinned underclad, light is absorbed by the silicon substrate as the substrate. , Propagation loss and polarization dependence are worsened. In addition, when using an underclad whose upper surface is inclined with respect to the lower surface, when connecting the optical waveguide substrate to the optical fiber, the core position on the in side and the out side will be different if the lower surface of the substrate is used as a reference. The core position detection takes time and becomes inefficient. For this reason, it is important to make the thickness of the under clad having the concave portion that becomes the core shape uniform.

そこで、特許文献1には、基板に平行に延びる軸周りに回動自在に構成された金型を用いることで、プレスする際にクラッド材(光硬化性材料)にかかる圧力を利用して基板に対する金型の平行度を出し、これによりアンダークラッドの厚みを均一にする方法が記載されている。
特開2005−178236号公報
Therefore, in Patent Document 1, by using a mold configured to be rotatable around an axis extending in parallel with the substrate, the pressure applied to the clad material (photocurable material) at the time of pressing is used. A method is described in which the parallelism of the mold with respect to is obtained, whereby the thickness of the underclad is made uniform.
JP 2005-178236 A

しかしながら、前記の方法では、何らかの原因により金型が回動しなかった場合には基板と金型との平行度が出なくなる可能性があるため、さらに確実に均一な厚みのアンダークラッドを形成することが望まれている。   However, in the above method, if the mold does not rotate for some reason, there is a possibility that the parallelism between the substrate and the mold may not be obtained. Therefore, an underclad having a uniform thickness is more reliably formed. It is hoped that.

本発明は、このような事情に鑑み、アンダークラッドを構成する硬化性材料の膜厚を確実に均一とすることができる微細形状の成形方法を提供することを目的とする。   In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a method for forming a fine shape that can ensure uniform film thickness of a curable material constituting an underclad.

前記課題を解決するために、本発明の微細形状の成形方法は、光導波路基板を製造する際の微細形状の成形方法であって、基板上に所定高さを有する複数の位置決め部を設ける位置決め部生成工程と、前記基板上に、硬化性材料の層を、前記位置決め部の高さよりも厚く配置する硬化性材料配置工程と、下面に微細形状が施された金型を、前記硬化性材料に上方から押し付けて、前記位置決め部に当接させる金型当接工程と、前記金型を位置決め部に当接させた状態で、前記硬化性材料を硬化させる硬化性材料硬化工程とを含むことを特徴とするものである。   In order to solve the above-mentioned problems, the fine shape molding method of the present invention is a fine shape molding method for manufacturing an optical waveguide substrate, and includes positioning with a plurality of positioning portions having a predetermined height on the substrate. A part generating step, a curable material arranging step of arranging a layer of a curable material on the substrate thicker than a height of the positioning part, and a mold having a fine shape on the lower surface, the curable material A mold abutting step for pressing against the positioning portion, and a curable material curing step for curing the curable material in a state where the mold is in contact with the positioning portion. It is characterized by.

均一高さの位置決め部を簡単に形成するために、前記位置決め部生成工程では、基板上に光硬化性材料の層を均一の厚みで配置した後に、フォトリソグラフィーを行い、所定の部分の光硬化性材料を硬化させるとともに、他の部分の光硬化性材料を除去することにより、前記位置決め部を形成することが好ましい。   In order to easily form a positioning portion having a uniform height, in the positioning portion generation step, a photocurable material layer is arranged on the substrate with a uniform thickness, and then photolithography is performed to photocurve a predetermined portion. Preferably, the positioning portion is formed by curing the curable material and removing the other portion of the photocurable material.

硬化性材料の膜厚の精度をより安定させるために、前記基板上に光硬化性材料の層を均一の厚みで配置するには、スピンコートにより行うことが好ましい。   In order to further stabilize the film thickness accuracy of the curable material, it is preferable to perform spin coating to arrange the photocurable material layer on the substrate with a uniform thickness.

金型が傾くことを効果的に抑制するために、前記基板として、略円形状のものを用い、前記位置決め部生成工程では、位置決め部を、基板と同心円上で等間隔に並ぶ位置に少なくとも3箇所設けることが好ましい。   In order to effectively suppress the tilting of the mold, a substantially circular substrate is used as the substrate, and in the positioning unit generation step, the positioning unit is at least 3 at a position concentrically arranged on the concentric circle with the substrate. It is preferable to provide a location.

位置決め部の上面の平滑性を確保するために、前記位置決め部生成工程では、位置決め部を、平面視において中心部が空洞の中空構造となるよう生成することが好ましい。   In order to ensure the smoothness of the upper surface of the positioning part, in the positioning part generating step, it is preferable that the positioning part is generated so as to have a hollow structure having a hollow center part in plan view.

金型を基板に対して高精度に位置合わせするために、前記金型として、前記位置決め部と嵌合する嵌合部が設けられたものを用い、前記金型当接工程では、金型の嵌合部と前記位置決め部とを嵌合させた状態で金型を位置決め部に当接させることが好ましい。   In order to align the mold with respect to the substrate with high accuracy, the mold is provided with a fitting portion that fits with the positioning portion. It is preferable that the mold is brought into contact with the positioning portion in a state where the fitting portion and the positioning portion are fitted.

本発明によれば、基板上に複数の位置決め部を設け、この位置決め部に金型を当接させるようにしたから、位置決め部の高さによって基板と金型との平行度が保たれるため、硬化性材料の膜厚を確実に均一とすることができる。   According to the present invention, since the plurality of positioning portions are provided on the substrate and the mold is brought into contact with the positioning portions, the parallelism between the substrate and the mold is maintained by the height of the positioning portion. The film thickness of the curable material can be made uniform uniformly.

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明の一実施形態に係る微細形状の成形方法は、位置決め部生成工程と、硬化性材料配置工程と、金型当接工程と、硬化性材料硬化工程とを含んでいる。以下、これらの工程を順に説明する。   The fine shape molding method according to an embodiment of the present invention includes a positioning portion generation step, a curable material placement step, a mold contact step, and a curable material curing step. Hereinafter, these steps will be described in order.

1)位置決め部生成工程
まず、図1(a)及び(b)に示すように、基板1に光硬化性材料2を塗布し、スピンコートにより基板1上に光硬化性材料2の層を均一の厚みで配置する。具体的には、例えば基板1上に光硬化性材料2を1500μL塗布し、スピンコート法により基板1を800rpmで30秒間回転させた後、100℃で3分間加熱することで均一な厚み(25μm)の層を形成する。なお、この層の厚み、スピンコート時の回転数及び加熱条件は適宜変更可能である。
1) Positioning Part Generation Step First, as shown in FIGS. 1A and 1B, a photocurable material 2 is applied to a substrate 1 and a layer of the photocurable material 2 is uniformly formed on the substrate 1 by spin coating. It arranges with the thickness of. Specifically, for example, 1500 μL of the photocurable material 2 is applied on the substrate 1, the substrate 1 is rotated at 800 rpm for 30 seconds by a spin coating method, and then heated at 100 ° C. for 3 minutes to obtain a uniform thickness (25 μm ) Layer. The thickness of this layer, the number of rotations during spin coating, and the heating conditions can be changed as appropriate.

基板1は、図2に示すように、円形状の一部にオリフラが形成された略円形状をなしており、シリコン、ガラス、石英、または金属等で構成されている。光硬化性材料2は、例えばメタクリロキシ基を有する光硬化性透明樹脂に、光重合開始剤を1質量パーセント、溶媒としてプロピレングリコールモノメチルアセテートを20質量パーセントとなるように配合したものである。   As shown in FIG. 2, the substrate 1 has a substantially circular shape in which an orientation flat is formed in a part of a circular shape, and is made of silicon, glass, quartz, metal, or the like. The photocurable material 2 is, for example, blended with a photocurable transparent resin having a methacryloxy group so that the photopolymerization initiator is 1 mass percent and propylene glycol monomethyl acetate is 20 mass percent as a solvent.

前記光硬化性透明樹脂としては、メタクリロキシ基を有するもの以外にも、ビニル基やスチリル基等の不飽和二重結合を有する光硬化性樹脂や、エポキシ基を有する光硬化性樹脂等を使用可能である。ただし、これらの材料収縮を低減させるために、できるだけ反応基の量が少ない樹脂を使用することが好ましい。また、前記光重合開始剤としては、例えばα−アミノアルキルフェノン系のもの(IRGUACURE369:チバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製)を採用することができるが、材料種類や硬化条件に合わせて任意に選定可能である。   As the photocurable transparent resin, in addition to those having a methacryloxy group, a photocurable resin having an unsaturated double bond such as a vinyl group or a styryl group, a photocurable resin having an epoxy group, or the like can be used. It is. However, in order to reduce these material shrinkage, it is preferable to use a resin having as little reactive group as possible. Further, as the photopolymerization initiator, for example, α-aminoalkylphenone-based one (IRGUACURE 369: manufactured by Ciba Specialty Chemicals) can be adopted, and is arbitrarily selected according to the material type and curing conditions. Is possible.

次に、図1(c)及び(d)に示すように、マスク3を用いてフォトリソグラフィーを行い、所定の部分の光硬化性材料2を硬化させるとともに、他の部分の光硬化性材料2を除去することにより、複数の位置決め部2aを形成する。   Next, as shown in FIGS. 1C and 1D, photolithography is performed using a mask 3 to cure a predetermined portion of the photocurable material 2 and other portions of the photocurable material 2. A plurality of positioning portions 2a are formed by removing.

具体的には、マスク3は、光透過性の材料で構成されたベース部3aと、このベース部3aの下面を被覆する、所定位置に光を透過させる光透過部3cが設けられた被膜3bとからなっている。光透過部3cは、基板1の外周よりも一回り小さな円周上に等間隔(120°間隔)で並ぶ位置に3つ設けられており、各光透過部3cは、例えば、外径が10mm、内径が6mmのリング状をなしている。基板1として4インチシリコン基板を用い、この基板1にスピンコートにより光硬化性材料2の層を配置した場合には、材料種類や条件にもよるが、基板1の外周から2mm程度内側の領域は厚みが不均一となりやすいため、前記円周の径は、位置決め部2aが基板1の外周から5mm以上内側の領域内に位置するように設定されていることが好ましい。この基板1の外周から5mm以上内側の領域における光硬化性材料2の厚み分布は、接触式厚み測定装置で測定した結果0.2μm以内であった。   Specifically, the mask 3 is a coating 3b provided with a base portion 3a made of a light-transmitting material and a light transmission portion 3c that covers the lower surface of the base portion 3a and transmits light at a predetermined position. It is made up of. Three light transmissive portions 3c are provided at positions arranged at equal intervals (120 ° intervals) on a circle slightly smaller than the outer periphery of the substrate 1, and each light transmissive portion 3c has an outer diameter of, for example, 10 mm. The ring has an inner diameter of 6 mm. When a 4-inch silicon substrate is used as the substrate 1 and the layer of the photocurable material 2 is disposed on the substrate 1 by spin coating, an area about 2 mm from the outer periphery of the substrate 1 depending on the material type and conditions. Since the thickness tends to be non-uniform, the diameter of the circumference is preferably set so that the positioning portion 2a is located in an area 5 mm or more inside from the outer circumference of the substrate 1. The thickness distribution of the photocurable material 2 in a region 5 mm or more from the outer periphery of the substrate 1 was within 0.2 μm as a result of measurement with a contact-type thickness measuring device.

そして、前記円周の中心が基板1の中心と合致するようにマスク3と基板1とを位置合わせした状態で、マスク3を光硬化性材料2の層の上に載せるかあるいは数μmの間隔を隔てた位置に配置し、その上から20mW/cmの強度の紫外線を1分間照射することにより、光透過部3cに対応する部分の光硬化性材料2を硬化させる。その後、メチルイソブチルケトン等の現像液で未硬化の光硬化性材料2を除去し、100℃で3分間加熱することで残存する現像液を揮発させる。これにより、図1(d)及び図3に示すように、基板1上に基板1と同心円上で等間隔に並ぶ位置に、平面視において中心部が空洞の中空構造となった3つの位置決め部2aを設けることができる。そして、これらの位置決め部2aの高さは、25μmで均一となっている。 Then, with the mask 3 and the substrate 1 aligned so that the center of the circumference coincides with the center of the substrate 1, the mask 3 is placed on the layer of the photocurable material 2 or a distance of several μm. The photocurable material 2 in a portion corresponding to the light transmitting portion 3c is cured by irradiating with ultraviolet rays having an intensity of 20 mW / cm 2 for 1 minute. Thereafter, the uncured photocurable material 2 is removed with a developer such as methyl isobutyl ketone, and the remaining developer is volatilized by heating at 100 ° C. for 3 minutes. As a result, as shown in FIGS. 1D and 3, the three positioning portions having a hollow structure with a hollow center portion in a plan view at positions equidistantly arranged on the substrate 1 concentrically with the substrate 1. 2a can be provided. And the height of these positioning parts 2a is 25 micrometers, and is uniform.

位置決め部2aを光硬化性材料2で形成する場合、位置決め部2aの高さやサイズが大きいときに顕著に現れる硬化時の材料収縮が原因の凹状変形により上面が平坦にならないおそれがある。前記のように位置決め部2aを中空構造とすることで、例えば位置決め部2aの外観形状が大きくても肉厚を小さくすることが可能となるため、硬化時の変形を抑制して、位置決め部2aの上面の平滑性を確保することができる。   When the positioning portion 2a is formed of the photocurable material 2, the upper surface may not be flat due to concave deformation caused by material shrinkage during curing that appears prominently when the height or size of the positioning portion 2a is large. Since the positioning portion 2a has a hollow structure as described above, for example, the thickness of the positioning portion 2a can be reduced even if the appearance shape of the positioning portion 2a is large. The smoothness of the upper surface of can be ensured.

ここで、さらに位置決め部2aの硬化性を増すために、例えば200℃で1時間程度加熱する等の加熱工程を設けてもよい。また、基板1と位置決め部2aとの密着性を向上させるために、シランカップリング剤による表面処理を施してもよい。   Here, in order to further increase the curability of the positioning portion 2a, for example, a heating process such as heating at 200 ° C. for about 1 hour may be provided. Further, in order to improve the adhesion between the substrate 1 and the positioning portion 2a, a surface treatment with a silane coupling agent may be performed.

2)硬化性材料配置工程
その後、図4(a)及び(b)に示すように、基板1に熱硬化性材料4を塗布し、スピンコートにより基板1上に熱硬化性材料4の層を、位置決め部2aの高さよりも厚く均一の厚みで配置する。具体的には、例えば基板1上に熱硬化性材料4を1500μL塗布し、スピンコート法により前述した光硬化性材料2の層を形成するときの回転速度よりも遅い600rpmで基板1を30秒間回転させた後、100℃で3分間加熱する。このようにすることで、位置決め部2aの高さよりも厚く均一な厚みの層を形成することができる。
2) Curable Material Arrangement Step After that, as shown in FIGS. 4A and 4B, the thermosetting material 4 is applied to the substrate 1, and the layer of the thermosetting material 4 is formed on the substrate 1 by spin coating. In this case, it is arranged with a uniform thickness that is thicker than the height of the positioning portion 2a. Specifically, for example, 1500 μL of the thermosetting material 4 is applied on the substrate 1, and the substrate 1 is placed for 30 seconds at 600 rpm, which is lower than the rotation speed when the above-described layer of the photocurable material 2 is formed by spin coating. After rotating, heat at 100 ° C. for 3 minutes. By doing in this way, the layer of the uniform thickness thicker than the height of the positioning part 2a can be formed.

熱硬化性材料4は、例えばメタクリロキシ基を有する光硬化性透明樹脂に、熱重合開始剤を1質量パーセント、溶媒としてプロピレングリコールモノメチルアセテートを20質量パーセント配合したものである。   The thermosetting material 4 is obtained, for example, by blending 1% by mass of a thermal polymerization initiator and 20% by mass of propylene glycol monomethyl acetate as a solvent in a photocurable transparent resin having a methacryloxy group.

ここで、熱硬化性材料4として、光硬化性材料2のうちの光重合開始剤を熱重合開始剤に変更したものを用いているが、別の材料を使用してもかまわない。その場合は、予めスピンコート条件と形成塗膜厚みの関係を把握しておく必要がある。また、前記熱重合開始剤としては、例えば有機過酸化物(パーヘキサTMH:日本油脂社製)を採用することができるが、材料種類や硬化条件に合わせて任意に選定可能である。   Here, although what changed the photoinitiator of the photocurable materials 2 into the thermopolymerization initiator among the photocurable materials 2 is used as the thermosetting material 4, you may use another material. In that case, it is necessary to grasp the relationship between the spin coating conditions and the thickness of the formed coating film in advance. Further, as the thermal polymerization initiator, for example, an organic peroxide (Perhexa TMH: manufactured by NOF Corporation) can be adopted, and can be arbitrarily selected according to the material type and curing conditions.

3)金型当接工程
金型当接工程では、図5(a)及び(b)に示すような成形機6を使用して、下面に微細形状が施された金型5を、熱硬化性材料4に上方から押し付けて、位置決め部2aに当接させる。成形機6は、上ダイプレート6Aと、下ダイプレート6Bとを備え、金型5は、上ダイプレート6Aに連設された金型保持ブロック61に保持されている。
3) Mold contact process In the mold contact process, the mold 5 having a fine shape on the lower surface is thermally cured using a molding machine 6 as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). It presses against the property material 4 from upper direction, and is made to contact | abut to the positioning part 2a. The molding machine 6 includes an upper die plate 6A and a lower die plate 6B, and the die 5 is held by a die holding block 61 that is connected to the upper die plate 6A.

金型5は、厚みが300μmの薄板であり、その厚み精度は±1μmとなっている。そして、金型5の下面には、微細形状として、コアの形状となる断面が台形状(例えば、上辺6μm、下辺4.5μm、高さ5μm)の突条部5aが複数形成されている一方、金型5の上面は、平滑面となっていて、この上面には、金型固定ブロック62が接合されている。   The mold 5 is a thin plate having a thickness of 300 μm, and the thickness accuracy is ± 1 μm. On the lower surface of the mold 5, a plurality of protrusions 5 a having a trapezoidal cross section (for example, an upper side of 6 μm, a lower side of 4.5 μm, and a height of 5 μm) are formed as fine shapes. The upper surface of the mold 5 is a smooth surface, and the mold fixing block 62 is joined to the upper surface.

金型固定ブロック62は、十分な厚み(例えば、10mm程度)を有している。この金型固定ブロック62の下面は、平面度が10μm以下の平滑面となっていて、磁力または真空吸着等で金型5の上面と接合されており、金型固定ブロック62が金型5と一体となっている。   The mold fixing block 62 has a sufficient thickness (for example, about 10 mm). The lower surface of the mold fixing block 62 is a smooth surface having a flatness of 10 μm or less, and is joined to the upper surface of the mold 5 by magnetic force or vacuum suction. The mold fixing block 62 is connected to the mold 5. It is united.

このように、金型固定ブロック62と一体になっている金型5の突条部5aを有する下面は、反りやうねりのない平滑面となるため、金型5をプレスした後の熱硬化性材料4の上面も反りやうねりのない平滑面となる。金型5及び金型固定ブロック62の一体物は、周囲を下方から金型保持ブロック61に支持されているだけであり、金型固定ブロック62と上ダイプレート6Aとの間には、弾性体63が配設されている。   In this way, the lower surface of the mold 5 integrated with the mold fixing block 62 and having the protruding portion 5a is a smooth surface free from warpage and undulation, and therefore the thermosetting property after the mold 5 is pressed. The upper surface of the material 4 is also a smooth surface without warping or undulation. The integrated body of the mold 5 and the mold fixing block 62 is only supported by the mold holding block 61 from below at the periphery, and an elastic body is provided between the mold fixing block 62 and the upper die plate 6A. 63 is arranged.

この成形機6を用いて金型5を位置決め部2aに当接させるには、まず、下ダイプレート6Bの上に、熱硬化性材料4の層が配置された基板1を載せる。次いで、上ダイプレート6Aを下降させると、まず突条部5aの下面が熱硬化性材料4の上面に当接する。さらに上ダイプレート6Aを下降させると、弾性体63が圧縮変形しながら金型5を押し付けることにより、金型5が金型保持ブロック61から離間しながら突条部5aが熱硬化性材料4に押し込まれる。さらに、上ダイプレート6Aを下降させることにより、金型5がさらに熱硬化性材料4に押し付けられて全ての位置決め部2aに当接するまで下降するとともに、金型5が押し付けられた分の熱硬化性材料4が基板1の外周からはみ出すようになる。   In order to bring the mold 5 into contact with the positioning portion 2a using the molding machine 6, first, the substrate 1 on which the layer of the thermosetting material 4 is disposed is placed on the lower die plate 6B. Next, when the upper die plate 6 </ b> A is lowered, first, the lower surface of the protrusion 5 a comes into contact with the upper surface of the thermosetting material 4. When the upper die plate 6 </ b> A is further lowered, the elastic body 63 compresses and deforms and presses the mold 5, so that the protrusion 5 a is moved to the thermosetting material 4 while the mold 5 is separated from the mold holding block 61. Pushed in. Further, by lowering the upper die plate 6A, the mold 5 is further pressed against the thermosetting material 4 and lowered until it comes into contact with all the positioning portions 2a, and the mold 5 is pressed by the amount of heat curing. The conductive material 4 protrudes from the outer periphery of the substrate 1.

この工程では、金型5と熱硬化性材料4との間にエアーが混入するおそれがあるので、真空チャンバー内に成形機6を設置して、この真空チャンバー内を真空ポンプによって真空状態とした状態でプレスを開始すれば、エアーの混入をなくすことができる。この場合の真空度は、0.1mbar程度でよい。   In this process, since air may be mixed between the mold 5 and the thermosetting material 4, a molding machine 6 is installed in the vacuum chamber, and the vacuum chamber is evacuated by a vacuum pump. If pressing is started in this state, air can be eliminated. In this case, the degree of vacuum may be about 0.1 mbar.

なお、弾性体63としては、10Nの力を負荷したときに、20μm以上変位するものを用いる。このような弾性体63を使用することで、金型5が位置決め部2aに当接したときの力を弾性体63で吸収することができるため、双方に作用する力を低減させることができる。   As the elastic body 63, one that is displaced by 20 μm or more when a force of 10 N is applied is used. By using such an elastic body 63, since the force when the metal mold | die 5 contact | abuts to the positioning part 2a can be absorbed with the elastic body 63, the force which acts on both can be reduced.

また、弾性体63がなくても、金型5と金型固定ブロック62の一体物の質量を大きくしておけば、その自重によって金型5を熱硬化性材料4に押し付けて位置決め部2aに当接させることができる。   Further, even if the elastic body 63 is not provided, if the mass of the integrated body of the mold 5 and the mold fixing block 62 is increased, the mold 5 is pressed against the thermosetting material 4 by its own weight to the positioning portion 2a. It can be made to contact.

4)硬化性材料硬化工程
金型当接工程で金型5を位置決め部2aに当接させた状態のままで、上ダイプレート6A及び下ダイプレート6Bのそれぞれに設けられたヒーター7によって、例えばそれらのダイプレート6A,6Bを120℃に加熱し、その温度を10分間保つことにより、熱硬化性材料4を硬化させる。その後、離型することで、図6に示すように、微細形状が転写されて凹部4aが形成された、均一膜厚25μm、平面度1μmの成形品を得ることができる。
4) Curing material curing step With the heater 7 provided on each of the upper die plate 6A and the lower die plate 6B, with the die 5 kept in contact with the positioning portion 2a in the die contact step, for example, The die plates 6A and 6B are heated to 120 ° C., and the temperature is maintained for 10 minutes to cure the thermosetting material 4. Thereafter, by releasing the mold, as shown in FIG. 6, a molded product having a uniform film thickness of 25 μm and a flatness of 1 μm in which the fine shape has been transferred and the recesses 4a are formed can be obtained.

ここで、金型5を位置決め部2aに当接させた状態で、金型5を基板1とともに成形機6から取り外し、別の炉で加熱硬化させることも可能である。   Here, it is also possible to remove the mold 5 from the molding machine 6 together with the substrate 1 while the mold 5 is in contact with the positioning portion 2a, and to heat and cure it in another furnace.

なお、図6では、凹部4aはストレートな形状になっているが、この凹部4aの形状は、突条部5aの形状によって適宜変更可能であり、例えば1本から8本に分岐するような分岐路を構成する形状であってもよい。   In FIG. 6, the recess 4 a has a straight shape, but the shape of the recess 4 a can be appropriately changed depending on the shape of the protrusion 5 a, for example, a branch that branches from one to eight The shape which comprises a path | route may be sufficient.

以上説明したように、本実施形態の微細形状の成形方法では、基板1上に均一高さの複数の位置決め部2aを設け、この位置決め部2aに金型5を当接させるようにしたから、位置決め部2aの高さによって基板1と金型5との平行度が保たれるため、熱硬化性材料4の膜厚を確実に均一とすることができる。   As described above, in the fine shape molding method of the present embodiment, a plurality of positioning portions 2a having a uniform height are provided on the substrate 1, and the mold 5 is brought into contact with the positioning portions 2a. Since the parallelism between the substrate 1 and the mold 5 is maintained by the height of the positioning portion 2a, the film thickness of the thermosetting material 4 can be made uniform.

例えば、図7(a)に示すように、基板1と金型5との平行度が出ていない場合であっても、熱硬化性材料4の膜厚を均一とすることができる。図7(a)に示す状態から、上ダイプレート6Aを下降させると、図7(b)に示すように、まず金型5の下方に位置する部分が位置決め部2aに当接する。さらに上ダイプレート6Aを下降させると、弾性体63が圧縮変形しながら、金型5が位置決め部2aに当接した部分を支点として回動し、全ての位置決め部2aに当接するようになる。これにより、熱硬化性材料4の膜厚を均一とすることができる。   For example, as shown in FIG. 7A, the film thickness of the thermosetting material 4 can be made uniform even when the parallelism between the substrate 1 and the mold 5 is not obtained. When the upper die plate 6A is lowered from the state shown in FIG. 7 (a), as shown in FIG. 7 (b), the portion located below the mold 5 first comes into contact with the positioning portion 2a. When the upper die plate 6A is further lowered, while the elastic body 63 is compressed and deformed, the mold 5 is rotated about the portion where the mold 5 is in contact with the positioning portion 2a, and comes into contact with all the positioning portions 2a. Thereby, the film thickness of the thermosetting material 4 can be made uniform.

また、高さを規制するための位置決め部を下ダイプレート6Bや金型5に設けることも考えられるが、このようにした場合には、繰り返しの使用により、位置決め部の磨耗や損傷が生じることがあるが、本実施形態のように、基板1ごとに位置決め部2aを設けることにより、繰り返しの使用による位置決め部2aの磨耗や損傷が生じることがなく、信頼性を向上させることができる。   In addition, it is conceivable to provide a positioning part for regulating the height in the lower die plate 6B or the mold 5. However, in this case, wear and damage of the positioning part may occur due to repeated use. However, as in this embodiment, by providing the positioning portion 2a for each substrate 1, the positioning portion 2a is not worn or damaged by repeated use, and the reliability can be improved.

また、本実施形態では、均一の厚みで配置した光硬化性材料2の層に対してフォトリソグラフィーを行っているので、均一高さの位置決め部2aを簡単に形成することができる。また、有機材料により位置決め部2aを形成することで、金型5が当接したときに金型5が傷つくことを抑制することができる。   In the present embodiment, since photolithography is performed on the layer of the photocurable material 2 arranged with a uniform thickness, the positioning portion 2a having a uniform height can be easily formed. Moreover, it can suppress that the metal mold | die 5 is damaged when the metal mold | die 5 contact | abuts by forming the positioning part 2a with an organic material.

さらには、スピンコートで光硬化性材料2の層の厚みを均一にすることにより、高さ精度のよい位置決め部2aを形成することができるため、熱硬化性材料4の膜厚の精度をより安定させることができる。   Furthermore, since the positioning part 2a with high accuracy can be formed by making the thickness of the layer of the photocurable material 2 uniform by spin coating, the accuracy of the film thickness of the thermosetting material 4 is further improved. It can be stabilized.

また、位置決め部2aを、基板1と同心円上で等間隔に並ぶ位置に3つ設けているので、これらの位置決め部2aによって、金型5が傾くことを効果的に抑制することができる。なお、本実施形態では、位置決め部2aを、基板1と同心円上で等間隔に並ぶ位置に3つ設けているが、この位置決め部2aは少なくとも3つあればよく、4つ以上設けられていてもよい。   Moreover, since the three positioning parts 2a are provided in the position concentric with the board | substrate 1 at equal intervals, it can suppress effectively that the metal mold | die 5 inclines by these positioning parts 2a. In this embodiment, three positioning portions 2a are provided at positions that are concentrically arranged on the substrate 1 at equal intervals. However, at least three positioning portions 2a may be provided, and four or more positioning portions 2a are provided. Also good.

前記実施形態では、位置決め部2aに当接する部分がフラットな金型5を用いているが、例えば、図8(a)に示すように、位置決め部2aに対応する位置に、当該位置決め部2aに嵌合する嵌合部5bが設けられた金型5’を用いてもよい。この嵌合部5bは、位置決め部2aの中空構造を利用したものであり、当該位置決め部2aに内嵌可能な円形断面の凸部で構成されている。この凸部の外径は、位置決め部2aの内径よりも数μm小さく設定されており、基板1と金型5’の若干の位置ずれを吸収できるようになっている。   In the embodiment, the mold 5 having a flat portion in contact with the positioning portion 2a is used. For example, as shown in FIG. 8A, the positioning portion 2a is placed at a position corresponding to the positioning portion 2a. You may use metal mold | die 5 'provided with the fitting part 5b to fit. This fitting part 5b utilizes the hollow structure of the positioning part 2a, and is comprised by the convex part of the circular cross section which can be fitted in the said positioning part 2a. The outer diameter of the convex portion is set to be several μm smaller than the inner diameter of the positioning portion 2a, so that a slight positional deviation between the substrate 1 and the mold 5 'can be absorbed.

なお、金型5’には、例えば十字状のアライメントマーク(図示せず)が設けられており、この金型5’を用いる際には、図9に示すように、基板1の金型5’のアライメントマークと対応する位置に、アライメントマーク2bを設ける。このアライメントマーク2bは、前記位置決め部生成工程で、被膜3bの所定位置の2箇所に、4つの正方形がマトリクス状に並ぶアライメントマーク用光透過部(図示せず)が設けられたマスク3を用いれば、位置決め部2aと同時に形成することができる。   The mold 5 ′ is provided with, for example, a cross-shaped alignment mark (not shown). When the mold 5 ′ is used, the mold 5 of the substrate 1 is used as shown in FIG. An alignment mark 2b is provided at a position corresponding to the 'alignment mark. This alignment mark 2b uses a mask 3 in which alignment mark light transmitting portions (not shown) are arranged in two matrixes at two predetermined positions on the coating 3b in the positioning portion generating step. In this case, it can be formed simultaneously with the positioning portion 2a.

そして、下ダイプレート6Bに基板1を配置し、CCDカメラでアライメントを行った後に前記金型当接工程に従って金型5’を下降させれば、嵌合部5bが位置決め部2aに嵌合し、その状態で金型5’が位置決め部2aに当接するようになる。   Then, after placing the substrate 1 on the lower die plate 6B and performing alignment with a CCD camera, the mold 5 ′ is lowered according to the mold contact step, and the fitting portion 5b is fitted into the positioning portion 2a. In this state, the mold 5 ′ comes into contact with the positioning portion 2a.

このようにすれば、金型5’を基板1に対して高精度に位置合わせすることができるため、熱硬化性材料4の厚み精度を確保しつつ、凹部4aの位置精度も確保することができる。   In this way, since the mold 5 ′ can be aligned with respect to the substrate 1 with high accuracy, it is possible to ensure the positional accuracy of the recess 4a while ensuring the thickness accuracy of the thermosetting material 4. it can.

なお、位置決め部2aは中空構造になっている必要はなく、大きさが小さい場合には中実構造となっていてもよい。この場合には、図8(b)に示すように、金型5’に、位置決め部2aに外嵌可能な凹部で構成される嵌合部5cを設ければよい。   In addition, the positioning part 2a does not need to have a hollow structure, and may have a solid structure when the size is small. In this case, as shown in FIG. 8 (b), the mold 5 'may be provided with a fitting portion 5c constituted by a concave portion that can be fitted to the positioning portion 2a.

また、前記実施形態では、位置決め部2aを基板1に設けているが、図10(a)に示すように、金型5に所定高さの複数の位置決め部5dを設けてもよい。このようにしても、図10(b)及び(c)に示すように、基板1と金型5との平行度が出ていない場合であっても、位置決め部5dの高さによって確実に熱硬化性材料4の膜厚を均一にすることができる。ただし、前述したように位置決め部5dの磨耗や損傷の観点から、基板1に位置決め部2aを設ける方が好ましい。   Moreover, in the said embodiment, although the positioning part 2a is provided in the board | substrate 1, you may provide the several positioning part 5d of predetermined height in the metal mold | die 5 as shown to Fig.10 (a). Even if it does in this way, as shown in FIG.10 (b) and (c), even if it is a case where the parallelism of the board | substrate 1 and the metal mold | die 5 has not come out, heat is reliably ensured by the height of the positioning part 5d. The film thickness of the curable material 4 can be made uniform. However, as described above, it is preferable to provide the positioning portion 2a on the substrate 1 from the viewpoint of wear and damage of the positioning portion 5d.

なお、前記の微細形状の成形方法により成形された成形品を使って、図11に示すような光導波路基板を製造するには、次のようにすればよい。   In order to manufacture an optical waveguide substrate as shown in FIG. 11 using a molded product formed by the above-described fine shape forming method, the following may be performed.

前記硬化性材料硬化工程で硬化させられた熱硬化性材料4は、アンダークラッドとなっている。このアンダークラッド4の上に、コア材料を塗布し、スピンコート法により基板1を4500rpmで30秒間回転させることにより、凹部4aにコア材料を充填させる。このコア材料は、アンダークラッド4に使用した樹脂とは別のメタクリロキシ基を有する光硬化性透明樹脂に、光重合開始剤を1質量パーセント、溶媒としてプロピレングリコールモノメチルアセテートを70質量パーセント配合したものである。次いで、ホットプレートを用いて、100℃で3分間加熱することで溶媒を除去し、窒素雰囲気下で20mW/cmの強度の紫外線を5分間照射することでコア材料を硬化させてコア8を形成する。 The thermosetting material 4 cured in the curable material curing step is an underclad. A core material is applied on the under clad 4, and the substrate 1 is rotated at 4500 rpm for 30 seconds by a spin coating method, thereby filling the core material into the recess 4a. This core material is a mixture of 1% by mass of a photopolymerization initiator and 70% by mass of propylene glycol monomethyl acetate as a solvent in a photocurable transparent resin having a methacryloxy group different from the resin used for the underclad 4. is there. Next, using a hot plate, the solvent is removed by heating at 100 ° C. for 3 minutes, and the core material is cured by irradiating with ultraviolet rays having an intensity of 20 mW / cm 2 for 5 minutes in a nitrogen atmosphere. Form.

その後、アンダークラッド4及びコア8の上に、オーバークラッド材料を塗布し、スピンコート法により基板1を900rpmで30秒間回転させることでオーバークラッド材料の層を形成する。このオーバークラッド材料は、アンダークラッド4に使用した樹脂と同一のメタクリロキシ基を有する光硬化性透明樹脂に、光重合開始剤を1質量パーセント、溶媒としてプロピレングリコールモノメチルアセテートを20質量パーセント配合したものである。次いで、ホットプレートを用いて、100℃で3分間加熱することで溶媒を除去し、窒素雰囲気下で20mW/cmの強度の紫外線を5分間照射することでオーバークラッド材料を硬化させてオーバークラッド9を形成する。 Thereafter, an over clad material is applied on the under clad 4 and the core 8, and the substrate 1 is rotated at 900 rpm for 30 seconds by a spin coat method to form a layer of the over clad material. This overclad material is a mixture of 1% by mass of a photopolymerization initiator and 20% by mass of propylene glycol monomethyl acetate as a solvent in a photocurable transparent resin having the same methacryloxy group as the resin used for the underclad 4. is there. Next, using a hot plate, the solvent is removed by heating at 100 ° C. for 3 minutes, and the over clad material is cured by irradiating with an ultraviolet ray having an intensity of 20 mW / cm 2 in a nitrogen atmosphere for 5 minutes to overcladding. 9 is formed.

ここで、コア材料を塗布する前とオーバークラッド材料を塗布する前にプラズマ処理等の表面処理を行えば、材料の濡れ性が向上し、各層の密着性が向上するため、このような表面処理を行うことが好ましい。   Here, surface treatment such as plasma treatment before applying the core material and before applying the over clad material improves the wettability of the material and improves the adhesion of each layer. It is preferable to carry out.

なお、コア材料やオーバークラッド材料としては、光重合開始剤を配合した光硬化性材料を使用しているが、熱重合開始剤を配合した熱硬化性材料を使用してもよいし、光硬化性樹脂に代えて熱硬化性樹脂を使用してもよい。   As the core material and overcladding material, a photocurable material containing a photopolymerization initiator is used, but a thermosetting material containing a thermal polymerization initiator may be used, or photocuring may be used. Instead of the curable resin, a thermosetting resin may be used.

また、コアが多層となった光導波路基板を製造する場合には、オーバークラッド9の上にさらに位置決め部2aを設け、前記実施形態と同様に、オーバークラッド9の上にアンダークラッド4、コア8、オーバークラッド9を積層していけばよい。このように、アンダークラッド4を形成するごとに位置決め部2aを設けることにより、多層品であっても高精度な成形品とすることができる。   Further, when manufacturing an optical waveguide substrate having a multilayer core, a positioning portion 2a is further provided on the over clad 9, and the under clad 4 and the core 8 are formed on the over clad 9 in the same manner as in the above embodiment. The over clad 9 may be laminated. Thus, by providing the positioning portion 2a every time the under clad 4 is formed, a highly accurate molded product can be obtained even if it is a multilayer product.

そして、このような方法で製造した光導波路は、シリコン基板に光が吸収されることで起こる伝播損失や偏波依存性が悪くなるという問題がなくなる。また、光ファイバーとの接続作業時間が短くなり、生産性が向上する。   And the optical waveguide manufactured by such a method eliminates the problem that the propagation loss and polarization dependency caused by the light absorption by the silicon substrate are deteriorated. Moreover, the connection work time with the optical fiber is shortened, and the productivity is improved.

なお、本発明の微細形状の成形方法は、光導波路基板以外でも、例えば図12に示すような高さ精度が要求されるマイクロレンズ10を基板1上に成形する際にも利用可能である。このマイクロレンズ10は、熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂で構成され、レンズ部となる複数の突起部10aを有しており、本発明の微細形状の成形方法を利用すれば、これらの突起部10aの高さを高精度かつ均一にすることができる。さらには、その他の光学部品を組み込む基板やそれらの複合部品等にも有効に利用可能である。   Note that the method for forming a fine shape of the present invention can be used for forming a microlens 10 on a substrate 1 that requires high accuracy as shown in FIG. The microlens 10 is made of a thermosetting resin or a photocurable resin, and has a plurality of protrusions 10a to be lens portions. If the micro-shaped molding method of the present invention is used, these protrusions The height of the part 10a can be made highly accurate and uniform. Furthermore, it can be effectively used for a substrate into which another optical component is incorporated, a composite component thereof, or the like.

本発明の一実施形態に係る微細形状の成形方法で用いる基板の正面図である。It is a front view of the board | substrate used with the shaping | molding method of the fine shape which concerns on one Embodiment of this invention. 位置決め部生成工程を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the positioning part production | generation process. 位置決め部生成工程後の基板の平面図である。It is a top view of the board | substrate after a positioning part production | generation process. 熱硬化性材料配置工程を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining a thermosetting material arrangement | positioning process. 金型当接工程を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining a metal mold | die contact process. 金型当接工程後の基板の平面図である。It is a top view of the board | substrate after a metal mold | die contact process. 基板に対して金型が傾いたときの金型当接工程を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining a metal mold | die contact process when a metal mold | die inclines with respect to a board | substrate. (a)(b)は、変形例の基板及び金型の断面図である。(A) (b) is sectional drawing of the board | substrate and metal mold | die of a modification. 変形例の位置決め部生成工程後の基板の平面図である。It is a top view of the board | substrate after the positioning part production | generation process of a modification. 位置決め部を設けた金型を用いて微細形状を成形する方法を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the method to shape | mold a fine shape using the metal mold | die which provided the positioning part. 光導波路基板の断面図である。It is sectional drawing of an optical waveguide board | substrate. マイクロレンズの断面図である。It is sectional drawing of a micro lens.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 光硬化性材料
2a 位置決め部
3 マスク
4 熱硬化性材料
5,5’ 金型
5a 突条部(微細形状)
5b,5c 嵌合部
6 成形機
6A 上ダイプレート
6B 下ダイプレート
7 ヒーター
8 コア
9 クラッド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate 2 Photocurable material 2a Positioning part 3 Mask 4 Thermosetting material 5,5 'Mold 5a Projection part (micro shape)
5b, 5c Fitting part 6 Molding machine 6A Upper die plate 6B Lower die plate 7 Heater 8 Core 9 Clad

Claims (6)

光導波路基板を製造する際の微細形状の成形方法であって、
基板上に所定高さを有する複数の位置決め部を設ける位置決め部生成工程と、
前記基板上に、硬化性材料の層を、前記位置決め部の高さよりも厚く配置する硬化性材料配置工程と、
下面に微細形状が施された金型を、前記硬化性材料に上方から押し付けて、前記位置決め部に当接させる金型当接工程と、
前記金型を位置決め部に当接させた状態で、前記硬化性材料を硬化させる硬化性材料硬化工程とを含むことを特徴とする微細形状の成形方法。
A method of forming a fine shape when manufacturing an optical waveguide substrate,
A positioning part generating step of providing a plurality of positioning parts having a predetermined height on the substrate;
On the substrate, a curable material arrangement step of arranging a layer of curable material thicker than the height of the positioning portion;
A mold contact step of pressing a mold having a fine shape on the lower surface against the curable material from above and contacting the positioning portion;
And a curable material curing step of curing the curable material in a state where the mold is brought into contact with the positioning portion.
前記位置決め部生成工程では、基板上に光硬化性材料の層を均一の厚みで配置した後に、フォトリソグラフィーを行い、所定の部分の光硬化性材料を硬化させるとともに、他の部分の光硬化性材料を除去することにより、前記位置決め部を形成することを特徴とする請求項1に記載の微細形状の成形方法。   In the positioning portion generating step, after a photocurable material layer is arranged on the substrate with a uniform thickness, photolithography is performed to cure a predetermined portion of the photocurable material and other portions of the photocurable material. The method for forming a fine shape according to claim 1, wherein the positioning portion is formed by removing a material. 前記基板上に光硬化性材料の層を均一の厚みで配置するには、スピンコートにより行うことを特徴とする請求項2に記載の微細形状の成形方法。   The method for forming a fine shape according to claim 2, wherein the photocurable material layer is disposed on the substrate with a uniform thickness by spin coating. 前記基板として、略円形状のものを用い、前記位置決め部生成工程では、位置決め部を、基板と同心円上で等間隔に並ぶ位置に少なくとも3箇所設けることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の微細形状の成形方法。   4. The method according to claim 1, wherein a substantially circular shape is used as the substrate, and at least three positioning portions are arranged at equal intervals on a concentric circle with the substrate in the positioning portion generation step. 2. A method for forming a fine shape according to item 1. 前記位置決め部生成工程では、位置決め部を、平面視において中心部が空洞の中空構造となるよう生成することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の微細形状の成形方法。   5. The method for forming a fine shape according to claim 1, wherein, in the positioning portion generation step, the positioning portion is generated so as to have a hollow structure having a hollow center portion in plan view. 前記金型として、前記位置決め部と嵌合する嵌合部が設けられたものを用い、前記金型当接工程では、金型の嵌合部と前記位置決め部とを嵌合させた状態で金型を位置決め部に当接させることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の微細形状の成形方法。   As the mold, a mold provided with a fitting part that fits with the positioning part is used. In the mold contact step, the mold is fitted in a state where the fitting part of the mold and the positioning part are fitted. 6. The method for forming a fine shape according to claim 1, wherein the mold is brought into contact with the positioning portion.
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