JP2017016017A - 光導波路およびその製法 - Google Patents

Abstract

【課題】光路用コアが、高さが高くなっているとともに幅が狭くなっていても、その光路用コアが倒伏しない光導波路およびその製法を提供する。【解決手段】光導波路は、アンダークラッド層１と、このアンダークラッド層１の表面に突出形成された線状の光路用コア２と、光路用コア２と隙間をあけた状態で、アンダークラッド層１の表面に突出形成された、光路用コア２の倒伏防止用のダミーコアＤとを備えている。光路用コア２およびダミーコアＤは、コア形成用の感光性樹脂層を、光路用コア２およびダミーコアＤのパターンに対応する開口パターンが形成されているフォトマスクを介して、感光性樹脂層をパターンに露光した後、現像液を用い現像することにより形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、光通信，光情報処理，位置センサ，その他一般光学の分野で用いられる光導波路およびその製法に関するものである。

光導波路は、一般に、アンダークラッド層の表面に、線状の光路用コアが突出状にパターン形成されたものとなっている（例えば、特許文献１参照）。

上記光路用コアのパターン形成は、まず、アンダークラッド層の表面に、コア形成用の感光性樹脂を塗布し、その感光性樹脂層を形成する。ついで、上記光路用コアのパターンに対応する開口パターンが形成されているフォトマスクを介して、上記感光性樹脂層を上記パターンに露光し、その露光部分を硬化させる。そして、現像液を用いて現像を行うことにより、未露光部分を溶解させて除去し、残存した上記露光部分を上記パターンの光路用コアに形成する。

特開２０１５−１０６０３５号公報

ところで、光導波路が用いられている電子光学機器では、光導波路と光学部品（光素子，レンズ等）との接続において、光路用コアの先端面から出射される光を効率よく光学部品に伝達させるためには、その光路用コアの高さを高くする方が有利であることが知られている。

また、最近、上記電子光学機器の小型化が進むに伴い、それに用いられている光導波路の幅を狭くすることが求められている。それを実現するためには、光路用コアの幅を狭くする必要がある。

しかしながら、上記のように、光導波路の光路用コアを、高さを高くするとともに幅を狭くすると、現像工程後に、その光路用コアが倒伏している場合がある。倒伏した光路用コアは、光の伝播損失が大きい。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、光路用コアが、高さが高くなっているとともに幅が狭くなっていても、その光路用コアが倒伏しない光導波路およびその製法の提供をその目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、アンダークラッド層と、このアンダークラッド層の表面に突出形成された光路用コアと、この光路用コアと隙間をあけた状態で、上記アンダークラッド層の表面に突出形成された、上記光路用コアの倒伏防止用のダミーコアとを備えている光導波路を第１の要旨とする。

また、本発明は、アンダークラッド層を準備する工程と、このアンダークラッド層の表面に、コア形成用の感光性樹脂層を形成する工程と、光路用コアのパターン、およびその光路用コアと隙間をあけた状態で形成される、その光路用コアの倒伏防止用のダミーコアのパターンに対応する開口パターンが形成されているフォトマスクを介して、上記感光性樹脂層を上記パターンに露光する工程と、現像液を用い、未露光部分を溶解させて除去し、残存した上記露光部分を上記パターンの光路用コアおよびダミーコアに形成する現像工程とを備えている光導波路の製法を第２の要旨とする。

本発明者らは、光導波路において、光路用コアが、高さが高くなっているとともに幅が狭くなっていても、その光路用コアが倒伏しないようにすべく、まず、従来技術において、光路用コアが倒伏する原因を追究した。その結果、その原因は、現像工程での現像液による荷重であることが判明した。すなわち、先に述べたように、コア形成用の感光性樹脂層を露光した後の現像工程では、未露光部分を現像液により溶解させて除去するが、その際、形成された光路用コアに、上記現像液の流れが当たる。上記光路用コアは高さが高いことから、その流れを受ける面積が大きく、その分、上記光路用コアにかかる荷重が大きくなっている。しかも、上記光路用コアは幅が狭いことから、その荷重に耐えることが困難となっている。そのため、光路用コアは、上記のように倒伏するのである。

そこで、本発明者らは、現像工程において、形成された光路用コアが現像液の流れの影響を受けにくくすべく、ダミーコアを、光路用コアと隙間をあけた状態で、上記アンダークラッド層の表面に突出形成することを着想した。すなわち、コア形成用の感光性樹脂層を、光路用コアのパターンに露光する際に、それと同時に、上記ダミーコアのパターンに露光し、その後の現像工程で、光路用コアとともに、その光路用コアの両側または片側に、上記ダミーコアを形成するようにした。その他の場合として、光路用コアが複数本並列に形成され、隣り合う光路用コアと光路用コアとの間の隙間が狭い（例えば５０μｍ未満）場合は、それら光路用コアからなる光路用コア群の外側に、その光路用コア群の両側の光路用コアと隙間をあけた状態で、上記ダミーコアを形成するようにした。

その結果、上記ダミーコアを光路用コアの両側に形成する場合は、その光路用コアの両側からの現像液の流れを、上記両側のダミーコアが受け止め、光路用コアが現像液の流れの影響を受けにくくなり、光路用コアの倒伏が防止されることを突き止めた。

一方、上記ダミーコアを光路用コアの片側に形成する場合は、そのダミーコアが形成されている片側からの現像液の流れを、上記片側のダミーコアが受け止め、光路用コアがその片側からの現像液の流れの影響を受けにくくなり、その片側からの現像液の流れによる光路用コアの倒伏が防止されることを突き止めた。上記ダミーコアが形成されていないもう一方の片側からの現像液の流れは、光路用コアが受けるため、その光路用コアが反対側の上記ダミーコア側に倒伏しようとするものの、その光路用コアが倒伏しないよう、上記ダミーコアが上記光路用コアを支え、現像工程が終えた後に、上記光路用コアが自己の復元力により元の起立状態に戻ることも突き止めた。

さらに、上記ダミーコアを上記光路用コア群の両側に形成する場合は、その光路用コア群の両側からの現像液の流れを、上記両側のダミーコアが受け止め、光路用コア群が現像液の流れの影響を受けにくくなる。しかも、光路用コア群内では、隣り合う光路用コアと光路用コアとの間の隙間が狭いことから、光路用コア群内の光路用コアは、現像液の流れの影響をより一層受けにくく、倒伏が防止されることを突き止めた。

このように、光路用コアと隙間をあけて形成された上記ダミーコアが、光路用コアの倒伏防止用として作用することを見出し、本発明に到達した。

本発明の光導波路は、光路用コアと隙間をあけて、その光路用コアの倒伏防止用のダミーコアが、アンダークラッド層の表面に突出形成されているため、現像工程での現像液の流れによる光路用コアの倒伏を防止することができる。そのため、本発明の光導波路は、光路用コアの倒伏による光の伝播損失がなく、光の伝播が安定した信頼性のある光導波路とすることができる。

そして、本発明の光導波路の製法は、アンダークラッド層の表面に形成したコア形成用の感光性樹脂層をパターン露光することにより、その露光部分を光路用コア、およびその光路用コアと隙間をあけた、その光路用コアの倒伏防止用のダミーコアに形成するため、現像工程での現像液の流れによる光路用コアの倒伏を防止することができる。そのため、光の伝播が安定した信頼性のある本発明の光導波路を作製することができる。

特に、上記光路用コアの高さと幅の比（光路用コア高さ／光路用コア幅）が２．５を超えている場合には、光路用コアが、高さがより高くなっているとともに幅がより狭くなっている。そのため、光路用コアと光学部品との間の光伝播効率により一層優れているとともに、光導波路の幅を狭くして、その光導波路を用いる電子光学機器の小型化をより一層図ることができる。

また、上記のように光路用コアの高さと幅の比（光路用コア高さ／光路用コア幅）が２．５を超えている場合には、その光路用コアは、倒伏しやすくなるものの、アンダークラッド層の表面に形成される上記光路用コアが１本である場合、およびその光路用コアが複数本であって、隣り合う光路用コアと光路用コアとの間の隙間が５０μｍ以上である場合は、その光路用コアの両側に、その光路用コアと５０μｍ未満の隙間をあけて、上記ダミーコアを、その高さと幅の比（ダミーコア高さ／ダミーコア幅）を２．５以下に設定して形成することにより、上記光路用コアの倒伏を防止することができる。

また、上記光路用コアの高さと幅の比（光路用コア高さ／光路用コア幅）が２．５を超え、その光路用コアが複数本並列されており、隣り合う光路用コアと光路用コアとの間の隙間が５０μｍ未満である場合には、上記光路用コアからなる光路用コア群の外側に、その光路用コア群の両側の光路用コアと５０μｍ未満の隙間をあけて、上記ダミーコアを、その高さと幅の比（ダミーコア高さ／ダミーコア幅）を２．５以下に設定して形成することにより、上記光路用コア群内の光路用コアの倒伏を防止することができる。

（ａ）は、本発明の光導波路の第１の実施の形態を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、そのＡ−Ａ断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、上記光導波路の製法を模式的に示す説明図である。 （ａ）は、本発明の光導波路の第２の実施の形態を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、そのＢ−Ｂ断面図である。 （ａ）は、本発明の光導波路の第３の実施の形態を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、そのＣ−Ｃ断面図である。

つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。

図１（ａ）は、本発明の光導波路の第１の実施の形態を示す平面図であり、図１（ｂ）は、そのＡ−Ａ断面図である。この実施の形態の光導波路は、アンダークラッド層１と、このアンダークラッド層１の表面に突出形成された線状の１本の光路用コア２と、この光路用コア２の両側に、その光路用コア２と５０μｍ未満の隙間Ｓ１をあけた状態で、上記アンダークラッド層１の表面に突出形成された、上記光路用コア２の倒伏防止用のダミーコアＤとを備えている。上記光路用コア２は、高さＨ１と幅Ｗ１の比（光路用コア高さＨ１／光路用コア幅Ｗ１）が２．５を超えており、上記ダミーコアＤは、高さＨ２と幅Ｗ２の比（ダミーコア高さＨ２／ダミーコア幅Ｗ２）が２．５以下に設定されている。上記光路用コア２の倒伏防止用のダミーコアＤを形成することが、本発明の大きな特徴である。なお、この実施の形態では、上記光路用コア２および上記ダミーコアＤを被覆した状態で、上記アンダークラッド層１の表面に、オーバークラッド層３が形成されている。

上記光導波路は、つぎのようにして作製される。

まず、図２（ａ）に示すように、上記アンダークラッド層１を準備する。このアンダークラッド層１としては、感光性樹脂もしくは熱硬化性樹脂を硬化させたもの、または樹脂フィルム等があげられる。上記アンダークラッド層１の高さは、例えば、１０〜５００μｍの範囲内に設定される。

ついで、図２（ｂ）に示すように、上記アンダークラッド層１の表面に、コア形成用の感光性樹脂を塗布し、１層の感光性樹脂層２Ａを形成する。

つぎに、図２（ｃ）に示すように、上記感光性樹脂層２Ａの上方に、上記光路用コア２および上記ダミーコアＤ〔図２（ｄ）参照〕のパターンに対応する開口パターンが形成されている１枚の露光マスクＭを位置決めする。そして、その露光マスクＭを介して、上記感光性樹脂層２Ａを露光する。その後、必要に応じて、上記感光性樹脂層２Ａを加熱処理する。それにより、上記感光性樹脂層２Ａの露光部分を硬化させる。

つづいて、図２（ｄ）に示すように、現像液を用いて現像を行うことにより、上記感光性樹脂層２Ａ〔図２（ｃ）参照〕の未露光部分を溶解させて除去し、上記露光部分をアンダークラッド層１の表面に残存させる。その後、必要に応じて、その残存した露光部分を加熱処理し、その残存した露光部分内に残る現像液を除去する。そして、その残存した露光部分を、上記パターンの光路用コア２およびダミーコアＤに形成する。これら光路用コア２およびダミーコアＤは、同時に形成され、同じ高さＨ１（Ｈ２）に形成される。その高さＨ１（Ｈ２）は、例えば、１０〜１００μｍの範囲内に設定される。また、光路用コア２の幅Ｗ１は、例えば、３〜３９μｍの範囲内に設定され、ダミーコアＤの幅Ｗ２は、例えば、５μｍ以上に設定される。

上記現像工程では、現像液の流れが発生するが、この実施の形態では、光路用コア２の両側に上記ダミーコアＤが形成されているため、その光路用コア２の両側からの現像液の流れを、上記両側のダミーコアＤが受け止め、光路用コア２が現像液の流れの影響を受けにくくなっている。それにより、上記光路用コア２の高さＨ１と幅Ｗ１の比（光路用コア高さＨ１／光路用コア幅Ｗ１）が２．５を超え、その光路用コア２が倒伏しやすくなっていても、その光路用コア２の倒伏が防止されている。このように、上記ダミーコアＤにより上記光路用コア２の倒伏を防止することが、本発明の大きな特徴である。

そして、図２（ｅ）に示すように、上記光路用コア２および上記ダミーコアＤを被覆するよう、上記アンダークラッド層１の表面に、オーバークラッド層形成用の感光性樹脂もしくは熱硬化性樹脂を塗布した後、それを硬化させ、オーバークラッド層３に形成する。このオーバークラッド層３の、光路用コア２の頂面からの高さは、例えば、１〜１０００μｍの範囲内に設定される。このようにして、上記光導波路を作製することができる。

図３（ａ）は、本発明の光導波路の第２の実施の形態を示す平面図であり、図３（ｂ）は、そのＢ−Ｂ断面図である。この実施の形態の光導波路は、図１（ａ），（ｂ）に示す第１の実施の形態において、アンダークラッド層１の表面に形成される光路用コア２が複数本であり、隣り合う光路用コア２と光路用コア２との間の隙間Ｓ２が５０μｍ以上に設定されている。そして、各光路用コア２の両側に、その光路用コア２と５０μｍ未満の隙間Ｓ１をあけて、その光路用コア２の倒伏防止用の上記ダミーコアＤが形成されている。それ以外の部分は、上記第１の実施の形態と同様であり、同様の部分には、同じ符号を付している。そして、上記第１の実施の形態と同様の作用・効果を奏する。

なお、上記第１および第２の実施の形態では、光路用コア２の両側に上記ダミーコアＤを形成したが、光路用コア２の片側のみに上記ダミーコアＤを形成してもよい。この場合、上記ダミーコアＤが形成されていないもう一方の片側からの現像液の流れを、光路用コア２が受けるため、その光路用コア２が反対側の上記ダミーコアＤ側に倒伏しようとするものの、その光路用コア２が倒伏しないよう、上記ダミーコアＤが上記光路用コア２を支える。そして、現像工程が終えた後に、上記光路用コア２が自己の復元力により元の起立状態に戻る。

図４（ａ）は、本発明の光導波路の第３の実施の形態を示す平面図であり、図４（ｂ）は、そのＣ−Ｃ断面図である。この実施の形態の光導波路は、アンダークラッド層１の表面に形成される光路用コア２が複数本であり、隣り合う光路用コア２と光路用コア２との間の隙間Ｓ２が５０μｍ未満に設定されており、複数本の光路用コア２が並列に形成されている。そして、それら光路用コア２からなる光路用コア群２０の外側に、その光路用コア群２０の両側の光路用コア２と５０μｍ未満の隙間Ｓ１をあけて、上記光路用コア２の倒伏防止用の上記ダミーコアＤが形成されている。それ以外の部分は、上記第１の実施の形態と同様であり、同様の部分には、同じ符号を付している。

この実施の形態では、上記光路用コア群２０の両側に上記ダミーコアＤが形成されているため、その光路用コア群２０の両側からの現像液の流れを、上記両側のダミーコアＤが受け止め、光路用コア群２０が現像液の流れの影響を受けにくくなっている。しかも、光路用コア群２０内では、隣り合う光路用コア２と光路用コア２との間の隙間Ｓ２が狭い（５０μｍ未満）ことから、光路用コア群２０内の光路用コア２は、現像液の流れの影響をより一層受けにくくなっているため、光路用コア２の倒伏が防止されている。

上記各実施の形態の光導波路は、光電気混載基板，位置センサ等に用いられる光導波路として採用することができる。

なお、上記各実施の形態では、光路用コア２およびダミーコアＤを被覆するオーバークラッド層３を形成したが、そのオーバークラッド層３を形成することなく、エアクラッドとしてもよい。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。但し、本発明は、実施例に限定されるものではない。

〔アンダークラッド層およびオーバークラッド層の形成材料〕
成分ａ：エポキシ樹脂（ＡＤＥＫＡ社製、ＥＰ４０８０Ｅ）１００重量部。
成分ｂ：光酸発生剤（サンアプロ社製、ＣＰＩ１０１Ａ）２重量部。
これら成分ａ，ｂを混合することにより、アンダークラッド層およびオーバークラッド層の形成材料を調製した。

〔光路用コアおよびダミーコアの形成材料〕
成分ｃ：エポキシ樹脂（ダイセル社製、ＥＨＰＥ３１５０）７５重量部。
成分ｄ：エポキシ樹脂（東都化成社製、ＫＩ−３０００−４）２５重量部。
成分ｅ：光酸発生剤（ＡＤＥＫＡ社製、ＳＰ１７０）１重量部。
成分ｆ：乳酸エチル（和光純薬工業社製、溶剤）５０重量部。
これら成分ｃ〜ｆを混合することにより、光路用コアおよびダミーコアの形成材料を調製した。

〔実施例１〕
上記各形成材料を用いて、上記第１の実施の形態と同様にして、図１（ａ），（ｂ）に示す光導波路を作製した。その光導波路の光路用コア等の寸法，弾性率，屈折率を下記の表１に示す。また、光路用コアとダミーコアとの間の隙間を２０μｍとした。

〔実施例２〕
上記実施例１において、光路用コアとダミーコアとの間の隙間を４０μｍとした。それ以外の部分は、上記実施例１と同様とした。

〔実施例３〕
上記各形成材料を用いて、上記第２の実施の形態と同様にして、図３（ａ），（ｂ）に示す光導波路を作製した。その光導波路の光路用コア等の寸法，弾性率，屈折率は、上記実施例１と同様とした（上記表１参照）。また、光路用コアとダミーコアとの間の隙間を２０μｍ、隣り合う光路用コアと光路用コアとの間の隙間を５００μｍとした。

〔実施例４〕
上記各形成材料を用いて、上記第３の実施の形態と同様にして、図４（ａ），（ｂ）に示す光導波路を作製した。その光導波路の光路用コア等の寸法，弾性率，屈折率は、上記実施例１と同様とした（上記表１参照）。また、光路用コア群の両側の光路用コアとダミーコアとの間の隙間を２０μｍ、光路用コア群の隣り合う光路用コアと光路用コアとの間の隙間を４０μｍとした。

〔比較例１〕
上記実施例１において、ダミーコアを形成しないものを比較例１とした。それ以外の部分は、上記実施例１と同様とした。

〔比較例２〕
上記実施例２において、ダミーコアを形成しないものを比較例２とした。それ以外の部分は、上記実施例２と同様とした。

〔比較例３〕
上記実施例３において、ダミーコアを形成しないものを比較例３とした。それ以外の部分は、上記実施例３と同様とした。

〔比較例４〕
上記実施例４において、ダミーコアを形成しないものを比較例４とした。それ以外の部分は、上記実施例４と同様とした。

上記実施例１〜４および比較例１〜４の光導波路を作製した結果、比較例１〜３では、光路用コアを形成するための現像工程後に、その光路用コアが倒伏しており、比較例４では、光路用コア群の両側の光路用コアが倒伏してした。それに対し、実施例１〜４では、光路用コアの上記倒伏はなかった。このことから、実施例１〜４において形成したダミーコアが光路用コアの倒伏を防止していることがわかる。

本発明の光導波路およびその製法は、光路用コアが、高さが高くなっているとともに幅が狭くなっていても、その光路用コアが倒伏しないようにする場合に利用可能である。

１ アンダークラッド層
２ 光路用コア
Ｄ ダミーコア

Claims (8)

1. アンダークラッド層と、このアンダークラッド層の表面に突出形成された光路用コアと、この光路用コアと隙間をあけた状態で、上記アンダークラッド層の表面に突出形成された、上記光路用コアの倒伏防止用のダミーコアとを備えていることを特徴とする光導波路。
2. 上記アンダークラッド層の表面に突出形成された上記光路用コアが１本であり、その光路用コアの高さと幅の比（光路用コア高さ／光路用コア幅）が２．５を超えており、上記ダミーコアが、上記光路用コアの両側に、その光路用コアと５０μｍ未満の隙間をあけた状態で形成され、そのダミーコアの高さと幅の比（ダミーコア高さ／ダミーコア幅）が２．５以下に設定されている請求項１記載の光導波路。
3. 上記アンダークラッド層の表面に突出形成された上記光路用コアが複数本であり、隣り合う光路用コアと光路用コアとの間の隙間が５０μｍ以上であり、その光路用コアの高さと幅の比（光路用コア高さ／光路用コア幅）が２．５を超えており、上記ダミーコアが、各光路用コアの両側に、その光路用コアと５０μｍ未満の隙間をあけた状態で形成され、そのダミーコアの高さと幅の比（ダミーコア高さ／ダミーコア幅）が２．５以下に設定されている請求項１記載の光導波路。
4. 上記アンダークラッド層の表面に突出形成された上記光路用コアが複数本並列されており、隣り合う光路用コアと光路用コアとの間の隙間が５０μｍ未満であり、その光路用コアの高さと幅の比（光路用コア高さ／光路用コア幅）が２．５を超えており、上記ダミーコアが、上記複数本の光路用コアからなる光路用コア群の外側に、その光路用コア群の両側の光路用コアと５０μｍ未満の隙間をあけた状態で形成され、そのダミーコアの高さと幅の比（ダミーコア高さ／ダミーコア幅）が２．５以下に設定されている請求項１記載の光導波路。
5. アンダークラッド層を準備する工程と、このアンダークラッド層の表面に、コア形成用の感光性樹脂層を形成する工程と、光路用コアのパターン、およびその光路用コアと隙間をあけた状態で形成される、その光路用コアの倒伏防止用のダミーコアのパターンに対応する開口パターンが形成されているフォトマスクを介して、上記感光性樹脂層を上記パターンに露光する工程と、現像液を用い、未露光部分を溶解させて除去し、残存した上記露光部分を上記パターンの光路用コアおよびダミーコアに形成する現像工程とを備えていることを特徴とする光導波路の製法。
6. 上記アンダークラッド層の表面に形成する上記光路用コアが１本であり、その光路用コアの高さと幅の比（光路用コア高さ／光路用コア幅）が２．５を超えており、上記ダミーコアが、上記光路用コアの両側に、その光路用コアと５０μｍ未満の隙間をあけた状態で形成され、そのダミーコアの高さと幅の比（ダミーコア高さ／ダミーコア幅）が２．５以下に設定されている請求項５記載の光導波路の製法。
7. 上記アンダークラッド層の表面に形成する上記光路用コアが複数本であり、隣り合う光路用コアと光路用コアとの間の隙間が５０μｍ以上であり、その光路用コアの高さと幅の比（光路用コア高さ／光路用コア幅）が２．５を超えており、上記ダミーコアが、各光路用コアの両側に、その光路用コアと５０μｍ未満の隙間をあけた状態で形成され、そのダミーコアの高さと幅の比（ダミーコア高さ／ダミーコア幅）が２．５以下に設定されている請求項５記載の光導波路の製法。
8. 上記アンダークラッド層の表面に形成する上記光路用コアが複数本並列されており、隣り合う光路用コアと光路用コアとの間の隙間が５０μｍ未満であり、その光路用コアの高さと幅の比（光路用コア高さ／光路用コア幅）が２．５を超えており、上記ダミーコアが、上記複数本の光路用コアからなる光路用コア群の外側に、その光路用コア群の両側の光路用コアと５０μｍ未満の隙間をあけた状態で形成され、そのダミーコアの高さと幅の比（ダミーコア高さ／ダミーコア幅）が２．５以下に設定されている請求項５記載の光導波路の製法。

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