JP3302649B2 - Manufacturing method of optical waveguide - Google Patents
Manufacturing method of optical waveguideInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路の製造方
法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an optical waveguide .
【0002】[0002]
【従来の技術】光通信、光ディスク、ディスプレイ、光
センサなどの光学機器関連市場の進展に伴い、光学部品
には性能とコストとの両立が求められている。特に、そ
れ自身は動作しない受動光部品に対しては、低価格化の
要望が高まっている。2. Description of the Related Art With the development of markets related to optical devices such as optical communication, optical disks, displays, optical sensors, etc., it is required that optical components have both performance and cost. In particular, it itself is for the passive optical components that do not work, have I demand for price reduction Takama.
【0003】特に光導波路や回折格子は、表面に非常に
微細で正確なパターンを必要とする。このようなパター
ンの形成には、一般には半導体プロセスに多用されてい
るドライエッチングが用いられる。以下、ドライエッチ
ングによる微細加工の一例として光通信用のシングルモ
ード光導波路の製造プロセスについて図を参照しながら
説明する。In particular, optical waveguides and diffraction gratings require very fine and accurate patterns on the surface. In order to form such a pattern, dry etching, which is generally used frequently in a semiconductor process, is used. Hereinafter, a manufacturing process of a single mode optical waveguide for optical communication will be described with reference to the drawings as an example of fine processing by dry etching.
【0004】図8は、一般的な石英系シングルモード光
導波路の平面図(図8(a))、および断面図(図8
(b):図8(a)のA−A断面図)である。コア81
はクラッド82よりも屈折率が高いので、特定の条件を
満たす光はコアパターン内に閉じこめられて伝達され
る。コアを図8(a)のようにパターン化することによ
り光回路を構成できる。波長1.3〜1.55μm帯に
おいては、コアは、一般には一辺が8μm程度の正方形
の断面を有する。FIG. 8 is a plan view (FIG. 8A) and a cross-sectional view (FIG. 8) of a general quartz-based single mode optical waveguide.
FIG. 9B is a sectional view taken along line AA of FIG. Core 81
Since the refractive index is higher than that of the cladding 82, light satisfying a specific condition is confined in the core pattern and transmitted. An optical circuit can be formed by patterning the core as shown in FIG. In the wavelength band of 1.3 to 1.55 μm, the core generally has a square cross section with a side of about 8 μm.
【0005】図9は、従来の石英系光導波路の一般的な
製造方法を示した工程図である(参考文献としては、例
えば、河内、オプトロニクスNo.8,85,1988)。図示した
工程においては、まず、下部クラッド層を兼ねた石英基
板92に火炎堆積法によりコア膜91が形成される(図
9(a))。なお、石英基板以外の材料の基板を用いる
場合には、先に下部クラッド層を火炎堆積法にて形成し
ておく。次に、フォトリソグラフィおよびドライエッチ
ングを用いることにより、コア膜を所定のパターンにパ
ターニングする(図9(b))。さらに上部クラッド層
93を火炎堆積法により形成する(図9(c))。この
ような方法により、低損失な光導波路が作製されてき
た。FIG. 9 is a process chart showing a general method for manufacturing a conventional quartz optical waveguide (for example, Kawachi, Optronics No. 8, 85, 1988 as a reference). In the illustrated process, first, a core film 91 is formed on a quartz substrate 92 also serving as a lower cladding layer by a flame deposition method (FIG. 9A). When a substrate made of a material other than the quartz substrate is used, the lower cladding layer is first formed by a flame deposition method. Next, the core film is patterned into a predetermined pattern by using photolithography and dry etching (FIG. 9B). Further, the upper clad layer 93 is formed by a flame hydrolysis deposition (FIG. 9 (c)). By such a method, a low-loss optical waveguide has been manufactured.
【0006】一方、近年では、光導波路材料として、樹
脂が検討されている。現状では、樹脂材料は、透過性能
および信頼性において石英よりも劣る。しかし、樹脂材
料は成形が容易であり、また波長650〜850nm付
近においては透過性能も優れている。樹脂材料は、コア
寸法が数十μmオーダーのマルチモード光導波路を中心
に有望な光導波路材料である。具体的な樹脂材料として
は、透明性に優れたポリメチルメタクリレート(PMM
A)などが知られている。最近ではPMMAをベースと
して、重水素化やフッ素化を行うことにより、1.3〜
1.55μmの波長域で低吸収化を図ることも検討され
ている。On the other hand, in recent years, resin has been studied as an optical waveguide material. At present, resin materials are inferior to quartz in transmission performance and reliability. However, the resin material is easy to mold, and has excellent transmission performance around a wavelength of 650 to 850 nm. The resin material is a promising optical waveguide material centering on a multimode optical waveguide having a core dimension of the order of tens of μm. As a specific resin material, polymethyl methacrylate (PMM) having excellent transparency is used.
A) is known. Recently, 1.3-
Attempts to reduce absorption in the 1.55 μm wavelength range are also being studied.
【0007】樹脂材料による光導波路の製造は、主にス
ピンコートでコア層およびクラッド層を形成し、コア層
のパターニングはドライエッチングを用いる方法が一般
的である。樹脂材料は、石英系材料と比較して膜堆積の
時間が短く、またアニール温度も200〜300℃程度
で低いために生産性がよい。In manufacturing an optical waveguide using a resin material, a core layer and a clad layer are mainly formed by spin coating, and dry etching is generally used for patterning of the core layer. The resin material has high productivity because the film deposition time is shorter than that of the quartz material and the annealing temperature is low at about 200 to 300 ° C.
【0008】以上のように、従来の光導波路の製造にお
いては、材料に拘わらず、コアのパターニングにはドラ
イエッチングが用いられている。As described above, in the conventional production of an optical waveguide, dry etching is used for patterning the core regardless of the material.
【0009】しかし、ドライエッチングは、複雑で多く
の設備が必要なプロセスである。従って、コストを考慮
すれば、半導体デバイスはともかく、受動光部品の製造
には向いているとは言い難い。このような事情から、光
学部品の製造については、様々な方法が提案されてい
る。特にプレス成形、射出成形などの成形工法は有望視
されている。[0009] However, dry etching is a complicated process requiring many facilities. Therefore, considering cost, it is difficult to say that semiconductor devices are suitable for manufacturing passive optical components. Under such circumstances, various methods have been proposed for manufacturing optical components. In particular, molding methods such as press molding and injection molding are promising.
【0010】プレス成形の提案例としては、専らガラス
素材を対象にしたものであるが、特開平8−32042
0号公報に記載の方法がある。この方法は、光導波路の
製造法であって、図10に示すように、所定のコアパタ
ーン102を形成した型101を下部クラッドを兼ねた
母材103に高温下で押しつけることにより、コアパタ
ーンとなる溝部を一括して形成する方法である。この方
法は、従来用いていたフォトリソグラフィおよびドライ
エッチング工程を省略し、効率良く光導波路を形成する
ことができる。[0010] As a proposal example of press molding, a glass material is exclusively used.
There is a method described in Japanese Patent Publication No. This method is a method of manufacturing an optical waveguide. As shown in FIG. 10, a mold 101 having a predetermined core pattern 102 is pressed at a high temperature against a base material 103 also serving as a lower clad, thereby forming a core pattern. This is a method of forming the groove portions collectively. According to this method, an optical waveguide can be efficiently formed by omitting the photolithography and dry etching steps conventionally used.
【0011】なお、金属反射膜にプレス成形によりパタ
ーン転写して回折格子を製造する方法も提案されている
(特開平10−96808号公報)。A method of manufacturing a diffraction grating by transferring a pattern to a metal reflective film by press molding has also been proposed (JP-A-10-96808).
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】特開平8−32042
0号公報に記載されたようなプレス成形を利用した光導
波路の製造方法は、概略、以下のとおりである。まず、
基材(被加工物)を加熱して軟化させた状態で型に接触
させ、この状態を保持したまま冷却し、基材の形状が固
まった状態で型と分離する。この場合、図11に示した
ように、型111に形成した凸部113は、必要とする
導波路のパターンに対応して設けられ、この凸部113
が樹脂板112に押しつけられて、樹脂板112に反転
パターンが形成される。Problems to be Solved by the Invention
Light guide using press molding as described in Japanese Patent Publication No. 0
The method of manufacturing the waveguide is roughly as follows. First,
The substrate (workpiece) is brought into contact with the mold while being softened by heating, cooled while maintaining this state, and separated from the mold in a state where the shape of the substrate is solidified. In this case, as shown in FIG. 11, the protrusions 113 formed on the mold 111 are provided corresponding to the required waveguide pattern.
Is pressed against the resin plate 112 to form an inverted pattern on the resin plate 112.
【0013】しかしながら、このような製造方法では、
高いパターン精度が得られない場合があった。このパタ
ーン精度の低下は、熱膨張係数の差に起因すると考えら
れる。すなわち、加熱により軟化した基材を型と接触さ
せて冷却すると、基材と型との熱膨張係数の差に起因し
て熱応力が発生する。その結果、基材に転写されるパタ
ーンの精度が低下し、場合によっては型が破損する。こ
のような問題は、樹脂材料を用いた場合に特に顕著とな
る。樹脂材料は、型の材料として用いられる石英などの
材料と比べると、1〜2桁程度も熱膨張係数が大きいか
らである。However, in such a manufacturing method,
In some cases, high pattern accuracy could not be obtained. It is considered that this decrease in pattern accuracy is caused by a difference in thermal expansion coefficient. That is, when the substrate softened by heating is brought into contact with the mold and cooled, thermal stress is generated due to a difference in thermal expansion coefficient between the substrate and the mold. As a result, the accuracy of the pattern transferred to the substrate is reduced, and in some cases, the mold is damaged. Such a problem becomes particularly remarkable when a resin material is used. This is because the resin material has a thermal expansion coefficient that is about one to two orders of magnitude greater than that of a material such as quartz used as a material for the mold.
【0014】本発明者が具体的に検討したところによる
と、例えば図11に示したようなパターンを石英などの
型材料を用いて樹脂板に転写すると、樹脂板の中央付近
においては、型の転写面のパターンのとおりの形状を有
するパターンが形成される。しかし、樹脂板の周辺部分
では、中央から離れるに従って、溝の幅が広がり、溝形
状も乱れてしまう。この現象は、樹脂板が型よりも大き
く収縮するため、樹脂板がその中央部に向かって収縮し
た結果であると考えられる。According to a specific study made by the present inventor, for example, when a pattern as shown in FIG. 11 is transferred to a resin plate by using a mold material such as quartz, the pattern near the center of the resin plate is A pattern having the same shape as the pattern on the transfer surface is formed. However, in the peripheral portion of the resin plate, as the distance from the center increases, the width of the groove increases, and the groove shape is disturbed. This phenomenon is considered to be a result of the resin plate shrinking toward the center thereof because the resin plate shrinks more than the mold.
【0015】このように、樹脂材料は、例えば石英材料
と比較して、低温で成形でき、製造コスト上も有利であ
るにも拘わらず、プレス成形によりパターンを転写しよ
うとすると、微細なパターンを正確に転写できないとい
う問題があった。As described above, the resin material can be formed at a lower temperature compared with, for example, a quartz material and is advantageous in terms of manufacturing cost. There was a problem that it was not possible to transfer accurately.
【0016】本発明は、上記従来の問題を解決するべ
く、効率良く、精度の高い微細パターンを転写する方法
を利用した光導波路の製造方法を提供することを目的と
する。[0016] The present invention is to solve the aforementioned conventional problems, efficiently, how to transfer a highly accurate fine pattern
And to provide a waveguide path manufacturing method of utilizing.
【0017】[0017]
【0018】[0018]
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第1の光導波路の製造方法は、転写面を備
え、前記転写面の中心から見て放射状に伸長した凹凸パ
ターンを含む型を準備し、加熱により軟化した基材に前
記転写面を押しつけることにより、前記基材の表面に前
記凹凸パターンの反転パターンを転写することにより、
コアに対応するパターンを形成することを特徴とする。In order to achieve the above object, a first method for manufacturing an optical waveguide according to the present invention comprises a transfer surface, and a concave-convex pattern radially extended when viewed from the center of the transfer surface. Prepare a mold including, by pressing the transfer surface against the substrate softened by heating, by transferring the reverse pattern of the uneven pattern on the surface of the substrate ,
It is characterized in that a pattern corresponding to the core is formed .
【0020】また上記目的を達成するために、本発明の
第2の光導波路の製造方法は、転写面を備え、前記転写
面の中心軸を含む第1の線状パターンと前記転写面の中
心から見て前記第1の線状パターンから放射状に分岐す
る第2の線状パターンとからなる凹凸パターンを含む型
を準備し、加熱により軟化した基材に前記転写面を押し
つけることにより、前記基材の表面に前記凹凸パターン
の反転パターンを転写することにより、コアに対応する
パターンを形成することを特徴とする。According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an optical waveguide , comprising: a first linear pattern including a center axis of the transfer surface; and a center of the transfer surface. By preparing a mold including a concavo-convex pattern composed of a second linear pattern radially branched from the first linear pattern as viewed from above, and pressing the transfer surface against a substrate softened by heating, By transferring an inverted pattern of the concavo-convex pattern on the surface of the material, it corresponds to the core
It is characterized by forming a pattern .
【0021】また上記目的を達成するために、本発明の
第3の光導波路の製造方法は、短手方向の長さが5mm
以下である転写面を備え、前記転写面の長手方向に沿っ
て前記転写面を横断し、前記長手方向に沿った中心軸に
ついて線対称となるように形成された光導波路のコアを
形成するための凹凸パターンを備えた少なくとも2つの
型を準備し、加熱により軟化した基材に前記少なくとも
2つの型の前記転写面を押しつけて前記基材の表面に前
記凹凸パターンの反転パターンを転写し、前記反転パタ
ーンごとに前記基材を分割することを特徴とする。[0021] To achieve the above object, the manufacturing method of the third optical waveguide of the present invention, the length of the short direction 5mm
The following is a method for forming a core of an optical waveguide having a transfer surface, traversing the transfer surface along the longitudinal direction of the transfer surface, and being formed so as to be line-symmetric with respect to a central axis along the longitudinal direction. Preparing at least two molds having a concave and convex pattern, transferring the reverse pattern of the concave and convex pattern to the surface of the substrate by pressing the transfer surface of the at least two molds on the substrate softened by heating, The method is characterized in that the base material is divided for each reverse pattern.
【0022】上記第1〜第3の方法によれば、型と基材
との熱膨張係数の差に起因する応力がパターンの精度に
与える影響を緩和することができる。上記第1〜第2の
方法では、転写面に形成されるパターンの形状により応
力の影響が緩和され、上記第3の方法では、複数の型を
用いることにより応力の影響が緩和されている。本発明
は、上記第1〜第2の方法に使用する型を少なくとも2
つ準備し、加熱により軟化した基材に前記複数の型の前
記転写面を押しつけることにより、前記基材の表面に前
記凹凸パターンの反転パターンを転写することにより、
コアに対応するパターンを形成する光導波路の製造方法
も包含する。According to the first to third methods, the influence of the stress caused by the difference in the coefficient of thermal expansion between the mold and the substrate on the precision of the pattern can be reduced. In the first and second methods, the influence of the stress is reduced by the shape of the pattern formed on the transfer surface. In the third method, the influence of the stress is reduced by using a plurality of dies. In the present invention, the mold used in the first and second methods is at least 2
One prepared, by pressing the transfer surface of the plurality of molds to the substrate softened by heating, by transferring the reverse pattern of the uneven pattern on the surface of the substrate ,
A method for manufacturing an optical waveguide for forming a pattern corresponding to a core is also included.
【0023】複数の型を用いる場合には、型の転写面の
短手方向の長さが5mm以下であることが好ましい。こ
の場合、凹凸パターンが転写面の長手方向に沿って前記
転写面を横断することがさらに好ましい。When a plurality of dies are used, the length of the transfer surface of the dies in the width direction is preferably 5 mm or less. In this case, it is more preferable that the uneven pattern crosses the transfer surface along the longitudinal direction of the transfer surface.
【0024】本発明の上記方法は、型と基材との熱膨張
係数の差が50×10-7/℃以上ある場合に特に好適で
ある。The above method of the present invention is particularly suitable when the difference in the coefficient of thermal expansion between the mold and the substrate is at least 50 × 10 −7 / ° C.
【0025】本発明の上記方法においては、凹凸パター
ンの幅が100μm以下であることが好ましい。In the above method of the present invention, the width of the uneven pattern is preferably 100 μm or less.
【0026】また、本発明の上記方法においては、基材
が光学的に透明な熱可塑性樹脂であることが好ましい。
熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン系、ポリメチル
メタクリレート系、ポリカーボネート系、ノルボルネン
系およびアクリル系から選ばれるいずれかの樹脂が好ま
しい。In the above method of the present invention, the substrate is preferably an optically transparent thermoplastic resin.
As the thermoplastic resin, any resin selected from polyolefin, polymethyl methacrylate, polycarbonate, norbornene, and acrylic resins is preferable.
【0027】[0027]
【0028】[0028]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の好ましい形態について説明する。 (第1の実施の形態) 図1は、本発明の方法に用いられる型の転写面11に形
成された凸パターン12の一例である。この型は、石英
により構成されており、大きさは20mm×20mmで
ある。転写面11に形成された凸パターン12は、転写
面の中心軸を含み、互いに直交するように形成された2
本のパターンと、この2本のパターンから分岐する計8
本のパターンとから構成されている。分岐しているパタ
ーンは、いずれも、中心軸を含むパターンからY字状に
分岐しており、型の中心から見ると放射状に広がってい
る。また、この凸パターン12は、転写面11につい
て、4本の線対称軸を有している。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First Embodiment FIG. 1 shows an example of a convex pattern 12 formed on a transfer surface 11 of a mold used in the method of the present invention. This mold is made of quartz and has a size of 20 mm × 20 mm. The convex patterns 12 formed on the transfer surface 11 include the central axis of the transfer surface and are formed to be orthogonal to each other.
Book patterns and a total of 8 branches from these two patterns
And a book pattern. Each of the branched patterns is branched in a Y-shape from the pattern including the central axis, and extends radially when viewed from the center of the mold. In addition, the convex pattern 12 has four line symmetry axes on the transfer surface 11.
【0029】このような凸パターンであれば、転写面を
基材に押しつけて基材とともに冷却しても、パターンが
押しつけられて形成される基材の溝の断面方向に発生す
る応力は極めて限定されたものとなる。従って、型と基
材との熱膨張係数の差が大きい場合であっても正確な微
細パターンを基材上に転写することができる。図1に示
したパターンを用いて基材に微細パターンを転写すれ
ば、上下方向、左右方向にそれぞれ光導波路を提供する
ことができる。With such a convex pattern, even when the transfer surface is pressed against the substrate and cooled together with the substrate, the stress generated in the cross-sectional direction of the groove of the substrate formed by pressing the pattern is extremely limited. It was done. Therefore, even when the difference between the thermal expansion coefficient of the mold and the substrate is large, an accurate fine pattern can be transferred onto the substrate. When a fine pattern is transferred to a substrate using the pattern shown in FIG. 1, optical waveguides can be provided in the vertical and horizontal directions.
【0030】以下、図1に示した型を用いた光導波路の
製造方法の具体例を説明する。型は、石英をドライエッ
チングすることにより作製した。図2により、型の作製
方法を示す。まず、石英基板21上に蒸着によりCr膜
22を形成した(図2(a))。次にCr膜22上にフ
ォトレジスト23をスピンコーティングにより塗布し、
90℃で30分間ベーキングを行った(図2(b))。
フォトレジスト23には、東京応化工業製のTSMR8
900を用いた。このフォトレジスト23を所定のパタ
ーンを有するフォトマスクを用いて露光し、現像した
(図2(c))。べーキングを経て、Crエッチャント
に5〜10分程度浸し、フォトレジストに保護されてい
る部分を残してCr膜を除去した。その結果、石英基板
上にパターン化されたCr膜24が形成された構成とな
った(図2(d))。Hereinafter, an optical waveguide using the mold shown in FIG.
A specific example of the manufacturing method will be described. The mold was produced by dry-etching quartz. FIG. 2 shows a method for manufacturing a mold. First, a Cr film 22 was formed on a quartz substrate 21 by vapor deposition (FIG. 2A). Next, a photoresist 23 is applied on the Cr film 22 by spin coating,
Baking was performed at 90 ° C. for 30 minutes (FIG. 2B).
The photoresist 23 includes TSMR8 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.
900 was used. The photoresist 23 was exposed and developed using a photomask having a predetermined pattern (FIG. 2C). After baking, the film was immersed in a Cr etchant for about 5 to 10 minutes to remove the Cr film except for the portion protected by the photoresist. As a result, a configuration was obtained in which a patterned Cr film 24 was formed on a quartz substrate (FIG. 2D).
【0031】このCrはドライエッチングの際のマスク
として機能する。さらに石英基板を反応性イオンエッチ
ングにより微細加工した。エッチャントにはCHF3ガ
スを用いた。約3時間のエッチングにより、深さ8μm
にまで加工することができた。加工後、基板を取り出
し、Crエッチャントに浸してCrパターンを除去し
た。洗浄乾燥して石英型25が完成した(図2
(e))。This Cr functions as a mask during dry etching. Further, the quartz substrate was finely processed by reactive ion etching. CHF 3 gas was used as an etchant. 8μm depth by etching for about 3 hours
Could be processed up to After the processing, the substrate was taken out and immersed in a Cr etchant to remove the Cr pattern. After washing and drying, the quartz mold 25 was completed (FIG. 2).
(E)).
【0032】次に、図3により、型を用いた光導波路の
製造方法について説明する。Next, referring to FIG. 3, an optical waveguide using a mold will be described.
The manufacturing method will be described.
【0033】成形機の上型プレート33と下型プレート
34との間に、石英型31と被加工物である樹脂板32
とを、石英型31の転写面が樹脂板32に接するように
重ねて配置した。このとき、石英型31と樹脂板32と
の中心を合致させた。この状態で、ヒータ(図示せず)
に通電し、樹脂板32を180℃に加熱して軟化させ、
石英型31と樹脂板32とを成形機の上下型プレート3
3,34により挟み込んで押圧した。石英型31の凸パ
ターンが樹脂板32に食い込んだ状態で、約80℃にま
で冷却し、樹脂板32を取り出した。なお、樹脂板32
には、日本ゼオン社のゼオネックス(ポリオレフィン系
樹脂)を用いた。Between the upper mold plate 33 and the lower mold plate 34 of the molding machine, a quartz mold 31 and a resin plate 32 to be processed are provided.
And were placed so that the transfer surface of the quartz mold 31 was in contact with the resin plate 32. At this time, the centers of the quartz mold 31 and the resin plate 32 were matched. In this state, the heater (not shown)
And heat the resin plate 32 to 180 ° C. to soften it,
The quartz mold 31 and the resin plate 32 are combined with the upper and lower mold plates 3 of the molding machine.
3, 34 and pressed. With the convex pattern of the quartz mold 31 biting into the resin plate 32, the temperature was cooled down to about 80 ° C., and the resin plate 32 was taken out. The resin plate 32
ZEONEX (polyolefin resin) manufactured by ZEON CORPORATION was used.
【0034】取り出した樹脂板の表面および断面を、光
学顕微鏡および電子顕微鏡を用いて観察したところ、約
20mmφの樹脂板全面にわたって、石英型の凸パター
ンが正確に転写された微細パターンの溝が転写されてい
ることが確認できた。Observation of the surface and cross section of the resin plate taken out using an optical microscope and an electron microscope revealed that the fine pattern groove in which the quartz-type convex pattern was accurately transferred was transferred over the entire resin plate of about 20 mmφ. It was confirmed that it was done.
【0035】引き続いて、樹脂板の溝に、樹脂板の上記
材料よりも屈折率が0.3%程度高いエポキシ樹脂を埋
め込み、さらにその上部から平板状の上記ゼオネックス
からなる樹脂板を貼り合わせた。このようにして、図4
に示した光導波路を作製した。この光導波路は、エポキ
シ樹脂をコア42として、ゼオネックス樹脂板をクラッ
ド41、43として備えている。この光導波路は、十分
な実用性を備えていた。Subsequently, an epoxy resin having a refractive index higher than that of the above-mentioned material of the resin plate by about 0.3% was buried in the groove of the resin plate, and a flat resin plate made of the above-mentioned Zeonex was bonded from above. . Thus, FIG.
The optical waveguide shown in FIG. This optical waveguide includes an epoxy resin as a core 42 and a Zeonex resin plate as clads 41 and 43. This optical waveguide had sufficient practicality.
【0036】また、型に形成するパターンを、複数の光
導波路に対応するパターンとし、上記と同様にしてパタ
ーンを転写した樹脂板を、パターンごとに分割されるよ
うに切断してもよい。このように、複数の光導波路を含
む樹脂板を作製し、この樹脂板を切断すれば、さらに効
率良く、光導波路を製造することができる。The pattern formed on the mold may be a pattern corresponding to a plurality of optical waveguides, and the resin plate on which the pattern is transferred in the same manner as described above may be cut so as to be divided for each pattern. As described above, by manufacturing a resin plate including a plurality of optical waveguides and cutting the resin plate, the optical waveguide can be manufactured more efficiently.
【0037】石英およびゼオネックスの熱膨張係数は、
それぞれ5×10-7/℃、600×10-7/℃である。
しかし、このように熱膨張係数が2桁以上異なる場合で
あっても、上記図1のような型を用いれば、広い面積に
わたって正確な微細パターンを転写することができる。The thermal expansion coefficients of quartz and Zeonex are
They are respectively 5 × 10 −7 / ° C. and 600 × 10 −7 / ° C.
However, even when the coefficients of thermal expansion differ by two or more digits, a precise pattern can be accurately transferred over a wide area by using the mold as shown in FIG.
【0038】なお、上記で用いた型の凸パターンの幅
は、8μmとした。The width of the convex pattern of the mold used above was 8 μm.
【0039】型の転写面に形成するパターンは、図1に
示したパターン限定されず、例えば、図5に示したよう
なパターン52としてもよい。この凸パターン52は、
転写面51の中心から放射状に伸長している。また、転
写面51について、4本の線対称軸を有している。ま
た、凸パターン52は、転写面の中心軸を含み、転写面
を横断する4本の線状パターンから構成されている。The pattern formed on the transfer surface of the mold is not limited to the pattern shown in FIG. 1, but may be, for example, a pattern 52 as shown in FIG. This convex pattern 52
It extends radially from the center of the transfer surface 51. The transfer surface 51 has four line symmetry axes. The convex pattern 52 includes four linear patterns including the center axis of the transfer surface and crossing the transfer surface.
【0040】図1および図5に示したように、転写面に
形成されるパターンは、好ましくは転写面の中央付近か
ら放射状に伸長する線状パターンにより構成される。ま
た、好ましくは、例えば少なくとも4本の線対称軸を有
する。また、好ましくは、中心軸を含む線状パターンか
ら、転写面の中心から見て放射状に分岐する分岐パター
ンを備えている。As shown in FIGS. 1 and 5, the pattern formed on the transfer surface is preferably constituted by a linear pattern extending radially from near the center of the transfer surface. In addition, it preferably has, for example, at least four axis of line symmetry. Preferably, a branch pattern is provided which branches radially from a linear pattern including the central axis as viewed from the center of the transfer surface.
【0041】このように、転写面には、型と基材との熱
膨張係数の相違に起因する応力の発生を緩和するような
パターンを形成することが好ましい。As described above, it is preferable to form a pattern on the transfer surface so as to reduce the generation of stress due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the mold and the substrate.
【0042】図6に、本発明による光導波路の製造方法
の別の形態を示す。この形態では、複数の型を用いて、
樹脂板61にパターンが転写される。図6に示した例で
は、4つの型62、63、64、65が、樹脂板61と
ともに上型プレート66と下型プレート67との間に配
置されている。これらの型には、第1の実施の形態で説
明したような方法によりパターンを形成することができ
る。FIG. 6 shows another embodiment of the method for manufacturing an optical waveguide according to the present invention. In this form, using multiple types,
The pattern is transferred to the resin plate 61. In the example shown in FIG. 6, four dies 62, 63, 64, 65 are arranged between the upper die plate 66 and the lower die plate 67 together with the resin plate 61. Patterns can be formed on these molds by the method described in the first embodiment.
【0043】個々の型の転写面に形成されたパターンの
例を図7に示す。これらの凸パターン71、72、7
3、74は、いずれも、転写面の長手方向に転写面を縦
断する線状のパターンを備えている。また、これらのパ
ターンは、いずれも転写面の長手方向に沿った中心軸に
ついて線対称となっている。また転写面の短手方向の長
さは、5mm以下とされている。FIG. 7 shows an example of a pattern formed on the transfer surface of each mold. These convex patterns 71, 72, 7
Each of Nos. 3 and 74 has a linear pattern that vertically crosses the transfer surface in the longitudinal direction of the transfer surface. Each of these patterns is line-symmetric with respect to a central axis along the longitudinal direction of the transfer surface. The length of the transfer surface in the width direction is 5 mm or less.
【0044】このようなパターンを備えた型により、第
1の実施の形態と同様にして、樹脂板61にパターンを
転写した。このとき、各型61、62、63、64の間
隔は、0.5mm以上とした。Using a mold having such a pattern, the pattern was transferred to the resin plate 61 in the same manner as in the first embodiment. At this time, the intervals between the dies 61, 62, 63, 64 were 0.5 mm or more.
【0045】取り出した樹脂板の表面および断面を、光
学顕微鏡および電子顕微鏡を用いて観察したところ、約
20mmφの樹脂板全面にわたって、石英型の凸パター
ンが正確に転写された微細パターンの溝が転写されてい
ることが確認できた。When the surface and cross section of the resin plate taken out were observed using an optical microscope and an electron microscope, the fine pattern groove in which the quartz-type convex pattern was accurately transferred was transferred over the entire resin plate of about 20 mmφ. It was confirmed that it was done.
【0046】引き続いて、樹脂板の溝に、樹脂板の上記
材料よりも屈折率が0.3%程度高いエポキシ樹脂を埋
め込み、さらにその上部から平板状の上記ゼオネックス
からなる樹脂板を貼り合わせた。その後、上記各型のパ
ターンに対応するように、樹脂板を切断した。このよう
にして、4つの光導波路を作製した。この光導波路は、
エポキシ樹脂をコアとして、ゼオネックス樹脂板をクラ
ッドとして備えており、十分な実用性を備えていた。Subsequently, an epoxy resin having a refractive index higher than that of the material of the resin plate by about 0.3% was buried in the groove of the resin plate, and a flat resin plate made of Zeonex was bonded from above. . Thereafter, the resin plate was cut so as to correspond to the patterns of the above-mentioned respective types. Thus, four optical waveguides were produced. This optical waveguide is
Epoxy resin was used as the core, and Zeonex resin plate was used as the clad, which provided sufficient practicality.
【0047】上記方法によれば、複数の型を用いること
により、各型と基材との接触面積、特にパターンを横断
する方向の転写面の幅が制限されている。従って、型と
基材との熱膨張係数の差に起因する応力も限定されたも
のとなる。According to the above method, by using a plurality of molds, the contact area between each mold and the substrate, particularly the width of the transfer surface in the direction crossing the pattern is limited. Therefore, the stress caused by the difference in the coefficient of thermal expansion between the mold and the substrate is also limited.
【0048】また、上記方法によれば、複数のパターン
を一度の成形で基材に転写することができるために、効
率良くパターンを転写することができる。Further, according to the above method, a plurality of patterns can be transferred to the substrate by one molding, so that the patterns can be transferred efficiently.
【0049】なお、上記に用いる型の個数は、2以上で
あれば特に限定されない。また、パターンも図7に示し
た形態に限定されない。The number of molds used above is not particularly limited as long as it is two or more. Further, the pattern is not limited to the form shown in FIG.
【0050】[0050]
【0051】また、上記実施の形態では、凸パターンを
備えた型を用いたが、パターンは、凹パターンであって
も、あるいは凹凸をともに備えたパターンであっても、
同様の効果を得ることができる。In the above embodiment, a mold having a convex pattern is used. However, the pattern may be a concave pattern or a pattern having both irregularities.
Similar effects can be obtained.
【0052】また、各種素材について検討したところ、
型と基材との熱膨張係数の差が、50×10-7/℃以上
あり、パターンの幅が100μm以下である場合に、本
発明の方法が特に効果的であった。Also, when examining various materials,
The method of the present invention was particularly effective when the difference in the coefficient of thermal expansion between the mold and the substrate was 50 × 10 −7 / ° C. or more, and the width of the pattern was 100 μm or less.
【0053】また、型の材料は、石英に限られず、耐熱
性および強度に問題のない材料であればよく、各種金属
材料、各種セラミック材料を用いることができる。超硬
合金やダイヤモンドを用いてもよい。The material of the mold is not limited to quartz, but may be any material having no problem in heat resistance and strength, and various metal materials and various ceramic materials can be used. A cemented carbide or diamond may be used.
【0054】また、基材の材料は、特に限定されない
が、ポリオレフィン系樹脂など熱膨張係数が比較的大き
な熱可塑性樹脂に対して特に効果がある。ポリオレフィ
ン系樹脂以外の熱可塑性樹脂としては、ポリメチルメタ
クリレート系、ポリカーボネート系、アクリル系、ノル
ボルネン系等が挙げられる。さらに、型に保護コーティ
ングを施せば、ガラス材料に対しても微細パターンの転
写が可能である。The material of the substrate is not particularly limited, but is particularly effective for a thermoplastic resin having a relatively large thermal expansion coefficient such as a polyolefin resin. Examples of the thermoplastic resin other than the polyolefin-based resin include polymethyl methacrylate-based, polycarbonate-based, acrylic-based, and norbornene-based resins. Further, if a protective coating is applied to the mold, a fine pattern can be transferred to a glass material.
【0055】[0055]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
効率良く、精度の高い微細パターンを転写して、光導波
路を製造することができる。特に、本発明は、熱膨張係
数が大きいことが光学部品の材料としては問題であった
樹脂材料に対しても、広い面積に微細で正確なパターン
転写を可能とするものである。このように、本発明によ
れば、光導波路を効率良く製造することが可能となる。As described above, according to the present invention,
Efficiently, by transferring a highly accurate fine pattern, the optical waveguide
It is possible to produce the road. In particular, the present invention enables fine and accurate pattern transfer over a wide area even for a resin material whose large thermal expansion coefficient has been a problem as a material for an optical component. Thus, according to the present invention, it is possible to efficiently manufacture the optical waveguide path.
【図1】 本発明に用いる型に形成するパターンの例を
示すための型の転写面の平面図である。FIG. 1 is a plan view of a transfer surface of a mold for illustrating an example of a pattern formed on the mold used in the present invention.
【図2】 本発明に用いる型の製造工程を示すための断
面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a mold used in the present invention.
【図3】 本発明の製造方法の例を断面により示す工程
図である。FIG. 3 is a process drawing showing an example of the manufacturing method of the present invention by a cross section.
【図4】 図3に示した方法により形成された光導波路
の例を示す断面斜視図である。FIG. 4 is a cross-sectional perspective view showing an example of an optical waveguide formed by the method shown in FIG.
【図5】 本発明に用いる型に形成するパターンの例を
示すための型の転写面の平面図である。FIG. 5 is a plan view of a transfer surface of a mold for illustrating an example of a pattern formed on the mold used in the present invention.
【図6】 本発明の製造方法の別の例を断面により示す
工程図である。FIG. 6 is a process drawing showing a cross section of another example of the manufacturing method of the present invention.
【図7】 本発明に用いる型に形成するパターンの例を
示すための型の転写面の平面図である。FIG. 7 is a plan view of a transfer surface of a mold for illustrating an example of a pattern formed on the mold used in the present invention.
【図8】 一般的な石英系シングルモード光導波路の平
面図(a)および断面図(b)である。8A and 8B are a plan view and a cross-sectional view of a general silica-based single mode optical waveguide.
【図9】 従来の一般的な光導波路の製造方法を示すた
めの工程図である。FIG. 9 is a process chart for illustrating a conventional method for manufacturing a general optical waveguide.
【図10】 従来のプレス成形による光導波路の製造方
法を示すための断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing an optical waveguide by conventional press molding.
【図11】 プレス成形による光導波路の製造方法に用
いられる従来のパターンの一例である。FIG. 11 is an example of a conventional pattern used in a method of manufacturing an optical waveguide by press molding.
11、21 石英基板 12、52、71〜74 凸状パターン 22 Cr膜 23 フォトレジスト 25、31、61〜64 石英型 32、61 樹脂板 33、66 上型プレート 34、67 下型プレート 41、43 クラッド 42 コア 11, 21 Quartz substrate 12, 52, 71 to 74 Convex pattern 22 Cr film 23 Photoresist 25, 31, 61 to 64 Quartz mold 32, 61 Resin plate 33, 66 Upper mold plate 34, 67 Lower mold plate 41, 43 Clad 42 core
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−11328(JP,A) 特開 平9−114406(JP,A) 特開 昭56−159127(JP,A) 特開 平8−160239(JP,A) 特開 昭61−19327(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B29C 59/00 - 59/02 G02B 5/18 G02B 5/30 G02B 6/13 B29C 43/00 B29C 33/00 Continuation of front page (56) References JP-A-9-11328 (JP, A) JP-A-9-114406 (JP, A) JP-A-56-159127 (JP, A) JP-A-8-160239 (JP , A) JP-A-61-19327 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B29C 59/00-59/02 G02B 5/18 G02B 5/30 G02B 6/13 B29C 43/00 B29C 33/00
Claims (11)
て放射状に伸長した凹凸パターンを含む型を準備し、加
熱により軟化した基材に前記転写面を押しつけることに
より、前記基材の表面に前記凹凸パターンの反転パター
ンを転写することにより、コアに対応するパターンを形
成することを特徴とする光導波路の製造方法。1. A mold having a transfer surface and including a pattern of concavo-convex extending radially when viewed from the center of the transfer surface is prepared, and the transfer surface is pressed against a base material softened by heating, whereby By transferring the reverse pattern of the concavo-convex pattern on the surface, a pattern corresponding to the core is formed.
A method for manufacturing an optical waveguide , comprising:
む第1の線状パターンと前記転写面の中心から見て前記
第1の線状パターンから放射状に分岐する第2の線状パ
ターンとからなる凹凸パターンを含む型を準備し、加熱
により軟化した基材に前記転写面を押しつけることによ
り、前記基材の表面に前記凹凸パターンの反転パターン
を転写することにより、コアに対応するパターンを形成
することを特徴とする光導波路の製造方法。2. A first linear pattern including a transfer surface and including a central axis of the transfer surface, and a second linear pattern radially branched from the first linear pattern when viewed from the center of the transfer surface. Prepare a mold including a concavo-convex pattern composed of a pattern, press the transfer surface against a substrate softened by heating, and transfer a reverse pattern of the concavo-convex pattern to the surface of the base material, thereby corresponding to the core. Form a pattern
A method for manufacturing an optical waveguide .
用する型を少なくとも2つ準備し、加熱により軟化した
基材に前記少なくとも2つの型の前記転写面を押しつけ
ることにより、前記基材の表面に前記凹凸パターンの反
転パターンを転写することにより、コアに対応するパタ
ーンを形成することを特徴とする光導波路の製造方法。3. A process according to claim 1 or 2, wherein at least two to prepare a mold for use in the process according to, by pressing the transfer surface of the at least two mold base was softened by heating, the substrate By transferring an inverted pattern of the concavo-convex pattern on the surface of the
A method of manufacturing an optical waveguide , comprising forming a pattern .
下である請求項3に記載の光導波路の製造方法。4. The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 3, wherein the length of the transfer surface of the mold in the lateral direction is 5 mm or less.
て前記転写面を横断する請求項4に記載の光導波路の製
造方法。5. The optical waveguide according to claim 4, wherein the concave / convex pattern crosses the transfer surface along a longitudinal direction of the transfer surface .
Construction method.
0-7/℃以上ある請求項1〜5のいずれかに記載の光導
波路の製造方法。6. The difference in thermal expansion coefficient between the mold and the substrate is 50 × 1.
The light guide according to any one of claims 1 to 5, which has a temperature of 0-7 / C or more.
Waveguide manufacturing method.
る請求項1〜6のいずれかに記載の光導波路の製造方
法。7. The method for manufacturing an optical waveguide according to claim 1, wherein the width of the uneven pattern is 100 μm or less.
る請求項1〜7のいずれかに記載の光導波路の製造方
法。8. The method for producing an optical waveguide according to claim 1, wherein the substrate is an optically transparent thermoplastic resin.
リメチルメタクリレート系、ポリカーボネート系、ノル
ボルネン系およびアクリル系から選ばれるいずれかの樹
脂である請求項8に記載の光導波路の製造方法。9. The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 8, wherein the thermoplastic resin is any resin selected from polyolefin, polymethyl methacrylate, polycarbonate, norbornene, and acrylic resins.
記反転パターンごとに基材を分割する請求項1〜9のい
ずれかに記載の光導波路の製造方法。10. divides the substrate into each of the reverse pattern of the plurality of inverting patterns after transferring claims 1-9 Neu
A method for manufacturing an optical waveguide according to any of the above.
写面を備え、前記転写面の長手方向に沿って前記転写面
を横断し、前記長手方向に沿った中心軸について線対称
となるように形成された光導波路のコアを形成するため
の凹凸パターンを備えた少なくとも2つの型を準備し、
加熱により軟化した基材に前記少なくとも2つの型の前
記転写面を押しつけて前記基材の表面に前記凹凸パター
ンの反転パターンを転写し、前記反転パターンごとに前
記基材を分割することを特徴とする光導波路の製造方
法。11. A transfer surface having a length of 5 mm or less in a transverse direction, traversing the transfer surface along a longitudinal direction of the transfer surface, and being line-symmetric about a central axis along the longitudinal direction. Preparing at least two molds with a concavo-convex pattern for forming a core of an optical waveguide formed as described above,
By pressing the transfer surface of the at least two molds onto a substrate softened by heating to transfer a reverse pattern of the concavo-convex pattern to the surface of the substrate, dividing the substrate for each reverse pattern. Of manufacturing an optical waveguide.
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