JP4192065B2

JP4192065B2 - ポリマ光導波路

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Publication number: JP4192065B2
Application number: JP2003328572A
Authority: JP
Inventors: 裕紀安田; 光樹平野; 剛真牛渡; 富也阿部; 雄三伊藤; 英明高瀬; 祐一江利山
Original assignee: Hitachi Cable Ltd; JSR Corp
Current assignee: Hitachi Cable Ltd; JSR Corp
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2023-09-19
Also published as: JP2005092104A

Description

本発明は、光導波路形成用感光性樹脂組成物を用いて作製されるポリマ光導波路に関する。

光導波路の材料としては石英が良く用いられてきた。石英導波路は高い耐熱性、低い偏波面依存性、低い損失、屈折率の温度依存性が小さいという優れた性質を持っているが、高温プロセス、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）の工程を含み生産性が低いという欠点、加工性に劣るという欠点を有する。そこで、生産性、加工性の観点からポリマ導波路が研究されている。

ポリマ導波路は、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）法、光硬化性の材料を塗布後、コア部に紫外線を照射し現像により未照射部を取り除く事によって光導波路を作製する方法（直接露光法）（特許文献１）、スタンパ法（特許文献２）等が検討されている。ＲＩＥ法は、薄膜作製後、レジストを塗布しＵＶ露光した後、現像でパターンを形成し、ＲＩＥにてレジストで覆われていない部分を削っていく。その後、レジストを取り除くという工程を要する。ＲＩＥの際の真空過程、レジスト工程があることから一般的に多くの工程数を有するという短所がある。また、ＲＩＥによりコア側面に微小な縦傷が作られることにより、散乱損失が大きくなるという欠点もある。さらにコア径の大きなマルチモード導波路を作製する際にはＲＩＥの時間がかかり高コストとなり、２０μｍ以上のコア径を有する導波路作製には最適な方法とは言えない。

スタンパ法は、スタンパにて凹型の溝を形成後、樹脂を溝に流し込みコアを形成する量産に優れたプロセスであり低コストを実現できる。しかしながら、溝の側面部の形成が難しくボイドの発生や、オーバークラッド作製時におけるばり等により十分な導波効率が得られていないのが現状である。また、スタンパにて２０μｍから９０μｍ厚さのコアを作製するのは困難である。その一方、直接露光法はレジストで覆う工程が無く、直接紫外線（ＵＶ）を露光後、現像で未露光部を取り除くことでパターンを作製することができるため、ＲＩＥよりも工程を減らすことができ、低コストであり、ＲＩＥやスタンパで見られるような側面形状の揺らぎによる散乱損失も押さえることができる。また、幅広い範囲のコア径の導波路を作製でき金型等で困難であった２０〜９０μｍのコア径を有する導波路も容易に作製できる。しかしながら、コアを複数作製する際にコア間隔が狭いとそれぞれのコアへ照射したＵＶの散乱光のためコア間が埋まってしまうという問題を有する。

ポリマ導波路用の材料としてはフッ素化ポリイミド、エポキシ、アクリル等があるがアクリル系の材料が比較的安価で透明性に優れている。

特開２００１−４８５８号公報特開平８−３２７８４４号公報

しかしながら、アクリル系の材料では耐熱性が悪いという問題、直接露光法を行う際に、酸素により重合が阻害されるという問題がある。

また、分岐形状を有する導波路や集積化された導波路を作製する際には解像度が重要となってくるが、直接露光法では散乱光、マスクパターンでの回折光により解像度が悪くなるという問題がある。

酸素阻害の影響を回避するため、開始剤量を増やしたり、表面硬化性の高い開始剤を用いたり、窒素を充填してＵＶを照射するといった対策がとられる。しかしながら、窒素下で硬化を行うと空気下よりもコストがかかったり、解像度が落ちたりするという問題、表面硬化性の高い開始剤により膜厚のあるマルチモード導波路の作製を行うと、導波路表面でＵＶの吸収が大きくＵＶ照射側のコアが太くなり、逆に基板側は細り導波路断面の形状が良好でないといった問題が生じる。

上述のように、従来のアクリル系材料は、耐熱性、パターニング性などに関して問題があり、それらを用いて作製されたポリマ光導波路は導波路に求められる諸特性を満足していなかった。

そこで、本発明は、目的形状を正確に再現したコア形状を有し、耐熱性に優れるポリマ光導波路を低コストに提供することである。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、特定構造を有するアクリレートと、吸収波長の異なる２種以上の光ラジカル重合開始剤とを含む感光性樹脂組成物にて作製したポリマ光導波路が良好な特性を有することを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は基板上にコア層およびクラッド層を有するポリマ光導波路であって、該コア層が、組成物全量に対する各成分の含有量として、下記成分（Ａ）〜（Ｅ）：
（Ａ）下記化１で表される構造を有するジメタアクリレート１０〜３０重量％、

（式中、Ｒ¹は、−（ＯＣＨ₂ＣＨ₂）_m―、―（ＯＣＨ（ＣＨ₃）ＣＨ₂）_m―、
または、―ＯＣＨ₂ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ₂−；
Ｘは、−Ｃ（ＣＨ₃）₂−、−ＣＨ₂−、−Ｏ−または−ＳＯ₂−；Ｙは、水素原子またはハロゲン原子；ｍは、０〜４の整数を表す。）、
（Ｂ）下記化２で表される構造を有するモノ（メタ）アクリレート３０〜５０重量％、

（式中、Ｒ²は、−（ＯＣＨ₂ＣＨ₂）_p―、―（ＯＣＨ（ＣＨ₃）ＣＨ₂）_p―、
または、―ＯＣＨ₂ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ₂−；
Ｙは、水素原子、ハロゲン原子、Ｐｈ−Ｃ（ＣＨ₃）₂−、Ｐｈ−、または、炭素数１〜２０のアルキル基；ｐは０〜４の整数を表す。ただし、Ｐｈは、フェニル基を表す。）、
（Ｃ）（メタ）アクリロイル基を分子中に６個有する（メタ）アクリレート５〜１０重量％、
（Ｄ）脂環構造を有するモノアクリレート１０〜２０重量％、
および
（Ｅ）下記の光ラジカル重合開始剤（Ｅ１）および（Ｅ２）、（Ｅ１）と（Ｅ２）の合計量として１〜５重量％、但し、成分（Ｅ１）１００重量％に対する成分（Ｅ２）の量は１５〜３０重量％である、
（Ｅ１）下記化３で表される構造を有する光ラジカル重合開始剤、

（式中、Ｒ³は有機基、Ｒ ⁴は水素原子又は水酸基を表す。）、
（Ｅ２）下記化４で表される構造を有する光ラジカル重合開始剤、

（式中、Ｒ⁵は窒素原子を有する有機基を表す。）
を構成成分として含有する感光性樹脂組成物にて作製されることを特徴とするものであり、とくに２０〜９０μｍの厚さを有し、分岐形状を有するポリマ光導波路である。

本発明のポリマ光導波路により、コスト量産性に優れ、実用耐熱を有し、形状の優れたポリマ光導波路を提供できる。

以下に本発明の最良の形態を説明する。

成分（Ａ）は、化１で表される構造を有するジメタアクリレートである。

（式中、Ｒ¹は、−（ＯＣＨ₂ＣＨ₂）_m―、―（ＯＣＨ（ＣＨ₃）ＣＨ₂）_m―、または、―ＯＣＨ₂ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ₂−；Ｘは−Ｃ（ＣＨ₃）₂−、−ＣＨ₂−、−Ｏ−、または、−ＳＯ₂−；Ｙは、水素原子またはハロゲン原子；ｍは０〜４の整数を表す。）。

なお、上記式（１）中、Ｙが表すハロゲン原子としては、塩素、臭素、ヨウ素、フッ素等が挙げられる。中でも、臭素が好ましい。

成分（Ａ）の具体例としては、例えば、エチレンオキシド付加ビスフェノールＡメタアクリル酸エステル、エチレンオキシド付加テトラブロモビスフェノールＡメタアクリル酸エステル、プロピレンオキシド付加ビスフェノールＡメタアクリル酸エステル、プロピレンオキシド付加テトラブロモビスフェノールＡメタアクリル酸エステル、ビスフェノールＡジグリシジルエーテルとメタアクリル酸とのエポキシ開環反応で得られるビスフェノールＡエポキシメタアクリレート、テトラブロモビスフェノールＡジグリシジルエーテルとメタアクリル酸とのエポキシ開環反応で得られるテトラブロモビスフェノールＡエポキシメタアクリレート、ビスフェノールＦジグリシジルエーテルとメタアクリル酸とのエポキシ開環反応で得られるビスフェノールＦエポキシメタアクリレート、テトラブロモビスフェノールＦジグリシジルエーテルとメタアクリル酸とのエポキシ開環反応で得られるテトラブロモビスフェノールＦエポキシメタアクリレート等が挙げられる。

中でも、エチレンオキシド付加ビスフェノールＡメタアクリル酸エステル、エチレンオキシド付加テトラブロモビスフェノールＡメタアクリル酸エステル、ビスフェノールＡジグリシジルエーテルとメタアクリル酸とのエポキシ開環反応で得られるビスフェノールＡエポキシメタアクリレート、テトラブロモビスフェノールＡエポキシメタアクリレート等は、特に好ましく用いられる。

成分（Ａ）の市販品としては、例えば、ビスコート＃７００、＃５４０（以上、大阪有機化学工業（株）製）、アロニックスＭ−２０８、Ｍ−２１０（以上、東亞合成（株）製）、ＮＫエステルＢＰＥ−１００、ＢＰＥ−２００、ＢＰＥ−５００、Ａ−ＢＰＥ−４（以上、新中村化学（株）製）、ライトエステルＢＰ−４ＥＡ、ＢＰ−４ＰＡ、エポキシエステル３００２Ｍ、３００２Ａ、３０００Ｍ、３０００Ａ（以上、共栄社化学（株）製）、ＫＡＹＡＲＡＤＲ−５５１、Ｒ−７１２（以上、日本化薬（株）製）、ＢＰＥ−４、ＢＰＥ−１０、ＢＲ−４２Ｍ（以上、第一工業製薬（株）製）、リポキシＶＲ−７７、ＶＲ−６０、ＶＲ−９０、ＳＰ−１５０６、ＳＰ−１５０６、ＳＰ−１５０７、ＳＰ−１５０９、ＳＰ−１５６３（以上、昭和高分子（株）製）、ネオポールＶ７７９、ネオポールＶ７７９ＭＡ（日本ユピカ（株）製）等が挙げられる。

本願発明の感光性樹脂組成物中に占める成分（Ａ）の重量割合は、組成物全量に対して１０〜３０重量％である。

該重量割合が１０重量％未満、もしくは３０重量％を超えると、伝送特性と硬化物の力学特性、耐熱性を両立させることが困難になる。

成分（Ｂ）は、化２で表される構造を有するモノ（メタ）アクリレートである。

（式中、Ｒ²は、−（ＯＣＨ₂ＣＨ₂）_p―、―（ＯＣＨ（ＣＨ₃）ＣＨ₂）_p―、または、―ＯＣＨ₂ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ₂−；Ｙは、水素原子、ハロゲン原子、Ｐｈ−Ｃ（ＣＨ₃）₂−、Ｐｈ−、または炭素数１〜２０のアルキル基；ｐは０〜４の整数を表す。ただし、Ｐｈは、フェニル基を表す。）、
なお、上記式（２）中、Ｙが表すハロゲン原子としては、塩素、臭素、ヨウ素、フッ素等が挙げられる。中でも、臭素が好ましい。

成分（Ｂ）の具体例としては、例えば、フェノキシエチル（メタ）アクリレート、フェノキシ−２−メチルエチル（メタ）アクリレート、フェノキシエトキシエチル（メタ）アクリレート、３−フェノキシ−２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、２−フェニルフェノキシエチル（メタ）アクリレート、４−フェニルフェノキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピル（メタ）アクリレート、ｐ−クミルフェノールエチレンオキシド変性（メタ）アクリレート、２−ブロモフェノキシエチル（メタ）アクリレート、４−ブロモフェノキシエチル（メタ）アクリレート、２，４−ジブロモフェノキシエチル（メタ）アクリレート、２，６−ジブロモフェノキシエチル（メタ）アクリレート、２，４，６−トリブロモフェノキシエチル（メタ）アクリレート等が挙げられる。

中でも、フェノキシエチル（メタ）アクリレート、フェノキシエトキシエチル（メタ）アクリレート、エチレンオキシドを反応させたｐ−クミルフェノールの（メタ）アクリレート、２，４，６−トリブロモフェノキシエチル（メタ）アクリレート等は、特に好ましく用いられる。

成分（Ｂ）の市販品としては、例えば、アロニックスＭ１１３、Ｍ１１０、Ｍ１０１、Ｍ１０２、Ｍ５７００、ＴＯ−１３１７（以上、東亞合成（株）製）、ビスコート＃１９２、＃１９３、＃２２０、３ＢＭ（以上、大阪有機化学工業（株）製）、ＮＫエステルＡＭＰ−１０Ｇ、ＡＭＰ−２０Ｇ（以上、新中村化学工業（株）製）、ライトアクリレートＰＯ−Ａ、Ｐ−２００Ａ、エポキシエステルＭ−６００Ａ（以上、共栄社化学（株）製）、ＰＨＥ、ＣＥＡ、ＰＨＥ−２、ＢＲ−３０、ＢＲ−３１、ＢＲ−３１Ｍ、ＢＲ−３２（以上、第一工業製薬（株）製）等が挙げられる。

本願発明の感光性樹脂組成物中に占める成分（Ｂ）の重量割合は、組成物全量に対して３０〜５０重量％である。該重量割合が３０重量％未満、もしくは５０重量％を超えると、伝送特性と硬化物の力学特性、耐熱性を両立させることが困難になる。

成分（Ｃ）は、（メタ）アクリロイル基を分子中に６個有する（メタ）アクリレートである。

成分（Ｃ）の具体例としては、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレートが挙げられ、市販品としては、ＫＡＹＡＲＡＤＤＰＨＡ、ＤＰＣＡ−２０、ＤＰＣＡ−３０、ＤＰＣＡ−６０、ＤＰＣＡ−１２０（以上、日本化薬（株）製）、ライトアクリレートＤＰＥ−６Ａ（共栄社化学（株）製）等が挙げられる。

本願発明の感光性樹脂組成物中に占める成分（Ｃ）の重量割合は、組成物全量に対して５〜１０重量％である。

該重量割合が５重量％未満であると、十分な力学特性や良好なパターニング形状が得られず、逆に１０重量％を超えると、伝送特性が悪化する恐れがある。

成分（Ｄ）は、脂環構造を有するモノアクリレートである。

成分（Ｄ）の具体例としては、シクロヘキシルアクリレート、イソボルニルアクリレート、グリシジルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート等が挙げられ、市販品としては、ライトアクリレートＩＢ−ＸＡ、ＴＨＦ−Ａ（以上、共栄社化学（株））、ビスコート＃１５５、＃１５０、ＩＢＸＡ（以上、大阪有機化学工業（株））、ＫＡＹＡＲＡＤＴ１１０Ｓ（日本化薬（株））、ＦＡ−５１３Ａ（日立化成（株）製）等が挙げられる。

本願発明の感光性樹脂組成物中に占める成分（Ｄ）の重量割合は、組成物全量に対して１０〜２０重量％である。

該重量割合外であると、伝送特性や力学特性が悪化する。

成分（Ｅ）は、光ラジカル重合開始剤である。光ラジカル重合開始剤としては、特に限定されない。

但し、十分なパターニング性を得るためには下記化３で表される構造を有する光ラジカル重合開始剤（Ｅ１）及び下記化４で表される構造を有する光ラジカル重合開始剤（Ｅ２）を、成分（Ｅ２）の量が成分（Ｅ１）１００重量％に対して１５〜３０重量％となるよう用いることが必要である。成分（Ｅ２）の量が成分（Ｅ１）１００重量％に対して１５重量％未満となると表面硬化性が低下し、３０重量％を超えると内部の硬化が不十分となる結果、いずれも十分なパターニング性を得ることができない。

（式中、Ｒ³は有機基、Ｒ⁴は水素原子又は水酸基を表す。）

（式中、Ｒ⁵は窒素原子を有する有機基を表す。）

光ラジカル重合開始剤の具体例としては、アセトフェノン、アセトフェノンベンジルケタール、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン、キサントン、べンズアルデヒド、トリフェニルアミン、３−メチルアセトフェノン、４−クロロベンゾフェノン、４，４'−ジメトキシベンゾフェノン、４，４'−ジアミノベンゾフェノン、ベンゾインプロピルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンジルジメチルケタール、１−（４−イソプロピルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタノン−１、キサントン、フルオレノン、フルオレン、アントラキノン、カルバゾール、ミヒラーケトン、チオキサントン、ジエチルチオキサントン、２−イソプロピルチオキサントン、２−クロロチオキサントン、２−メチル−１−［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルホリノ−プロパン−１−オン、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド、ビス−（２，６−ジメトキシベンゾイル）−２，４，４−トリメチルペンチルフォスフィンオキシド等が挙げられる。

光ラジカル重合開始剤の市販品としては、Ｉｒｇａｃｕｒｅ１８４、６５１、５００、２９５９、３６９、８１９、９０７、７８４、Ｄａｒｏｃｕｒｌ１１６、１１７３、ＣＧＩ１７００、ＣＧＩ１７５０、ＣＧＩ１１８５０（以上、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ（株）製）、ＬｕｃｉｒｉｎＬＲ８７２８（ＢＡＳＦ社製）等が挙げられる。

本願発明の感光性樹脂組成物中に占める成分（Ｅ）の重量割合は、組成物全量に対して１〜５重量％である。

該重量割合が１重量％未満であると、十分な力学特性や良好なパターニング形状が得られず、逆に５重量％を超えると、伝送特性や長期信頼性等が悪化する恐れがある。

本発明においては、任意成分として、成分（Ａ）〜成分（Ｅ）成分に加えて、（メタ）アクリロイル基またはビニル基を含有する化合物（以下、「不飽和モノマー」ともいう。ただし、成分（Ａ）〜成分（Ｅ）と同じ化合物を除く。）を使用することができる。

これら不飽和モノマーの具体例としては、例えば、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルカプロラクタム、ビニルイミダゾール、ビニルピリジン等のビニルモノマー；イソボルニル（メタ）アクリレート、ボルニル（メタ）アクリレート、トリシクロデカニル（メタ）アクリレート、ジシクロペンタニル（メタ）アクリレート、ジシクロペンテニル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート、４−ブチルシクロヘキシル（メタ）アクリレート、アクリロイルモルホリン、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、プロピル（メタ）アクリレート、イソプロピル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、アミル（メタ）アクリレート、イソブチル（メタ）アクリレート、ｔ−ブチル（メタ）アクリレート、ペンチル（メタ）アクリレート、イソアミル（メタ）アクリレート、へキシル（メタ）アクリレート、ヘプチル（メタ）アクリレート、オクチル（メタ）アクリレート、イソオクチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ノニル（メタ）アクリレート、デシル（メタ）アクリレート、イソデシル（メタ）アクリレート、ウンデシル（メタ）アクリレート、ドデシル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレート、イソステアリル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、ブトキシエチル（メタ）アクリレート、エトキシジエチレングリコール（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールモノ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ（メタ）アクリレート、メトキシエチレングリコール（メタ）アクリレート、エトキシエチル（メタ）アクリレート、メトキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、メトキシポリプロピレングリコール（メタ）アクリレート、ジアセトン（メタ）アクリルアミド、イソブトキシメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド、ｔ−オクチル（メタ）アクリルアミド、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、７−アミノ−３，７−ジメチルオクチル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジエチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシブチルビルエーテル、ラウリルビニルエーテル、セチルビニルエーテル、２−エチルヘキシルビニルエーテル、１，４−ブタンジオールジアクリレート、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、１，９−ノナンジオールジアクリレート等のアルキルジオールジアクリレート、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート等のポリアルキレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、トリシクロデカンメタノールジアクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリオキシエチル(メタ)アクリレート、トリス（２−アクリロイルオキシエチル）イソシアヌレート、ペンタエリスリトールポリアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート等が挙げられる。

これら化合物の市販品の具体例としては、例えば、アロニックスＭ１２０、Ｍ−１５０、Ｍ−１５６、Ｍ−２１５、Ｍ−２２０、Ｍ−２２５、Ｍ−２４０、Ｍ−２４５、Ｍ−２７０、Ｍ３０５、Ｍ３０９、Ｍ３１０、Ｍ３１５、Ｍ３２０、Ｍ３５０、Ｍ３６０、Ｍ４０８（以上、東亞合成（株）製）、ＡＩＢ、ＴＢＡ、ＬＡ、ＬＴＡ、ＳＴＡ、ビスコート＃１５８、＃１９０、＃３２０、ＨＥＡ、ＨＰＡ、ビスコート＃２０００、＃２１００、ＤＭＡ、ビスコート＃１９５、＃２３０、＃２６０、＃２１５、＃３３５ＨＰ、＃３１０ＨＰ、＃３１０ＨＧ、＃３１２、＃２９５、＃３００、＃３６０、ＧＰＴ、３ＰＡ、＃４００（以上、大阪有機化学工業（株）製）、ライトアクリレートＩＡＡ、Ｌ−Ａ、Ｓ−Ａ、ＢＯ−Ａ、ＥＣ−Ａ、ＭＴＧ−Ａ、ＤＭＰ−Ａ、ＴＨＦ−Ａ、ＨＯＡ、ＨＯＰ−Ａ、ＨＯＡ−ＭＰＬ、ＨＯＡ−ＭＰＥ、ライトアクリレート３ＥＧ−Ａ、４ＥＧ−Ａ、９ＥＧ−Ａ、ＮＰ−Ａ、１，６ＨＸ−Ａ、ＤＣＰ−Ａ、ＴＭＰ−Ａ、ＴＭＰ−６ＥＯ−３Ａ、ＰＥ−３Ａ、ＰＥ−４Ａ（以上、共栄社化学（株）製）、ＫＡＹＡＲＡＤＨＤＤＡ、ＮＰＧＤＡ、ＴＰＧＤＡ、ＰＥＧ４００ＤＡ、ＭＡＮＤＡ、ＨＸ−２２０、ＨＸ−６２０、ＰＥＴ−３０、ＧＰＯ−３０３、ＴＭＰＴＡ、ＴＰＡ−３２０（以上、日本化薬（株）製）、ＶＰ（ＢＡＳＦ製）、ＡＣＭＯ、ＤＭＡＡ、ＤＭＡＰＡＡ（以上、興人（株）製）、ＮＫエステルＴＭＰＴ、Ａ−ＴＭＰＴ、Ａ−ＴＭＭ−３、Ａ−ＴＭＭ−３Ｌ、Ａ−ＴＭＭＴ（以上、新中村化学（株）製）等が挙げられる。

本発明の樹脂組成物には、さらにポリウレタン（メタ）アクリレート、ポリエステル（メタ）アクリレート、ポリエポキシ（メタ）アクリレート等のオリゴマーまたはポリマを配合してもよい。

本発明の樹脂組成物には、さらに光増感剤を必要に応じて配合することができる。

光増感剤の具体例としては、例えば、トリエチルアミン、ジエチルアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン、エタノールアミン、４−ジメチルアミノ安息香酸、４−ジメチルアミノ安息香酸メチル、４−ジメチルアミノ安息香酸エチル、４−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル等が挙げられる。

本発明においては、上述の成分以外にも各種添加剤として、例えば、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、シランカップリング剤、塗面改良剤、熱重合禁止剤、レベリング剤、界面活性剤、着色剤、保存安定剤、可塑剤、滑剤、溶媒、フィラー、老化防止剤、濡れ性改良剤、離型剤等を必要に応じて配合することができる。

本発明の樹脂組成物は、前記各成分を常法により混合して製造することができる。このようにして調製される本発明の樹脂組成物の粘度は、通常、１００〜２０，０００ｃｐ／２５℃、好ましくは３００〜１０，０００ｃｐ／２５℃、より好ましくは４００〜５，０００ｃｐ／２５℃である。該粘度が高すぎると、基板に樹脂組成物を塗布する際に、塗布ムラやうねりが生じたり、あるいはコア層の形成時に、パターニング性が悪化して目的とする形状が得られない。逆に、粘度が低すぎても、目標とする膜厚が得られにくい上に、パターニング性が悪化することがある。

放射線によって硬化させて得られる本発明の樹脂組成物の硬化物は、好ましくは、以下の物性を有するものである。

本発明の樹脂組成物の硬化物は、ガラス転移温度が１００℃以上であることが好ましい。

該温度が１００℃未満では、ポリマ光導波路の耐熱性を十分に確保できないことがある。
上記感光性樹脂組成物を用いて直接露光法にてポリマ光導波路を作製することで、低コスト、かつ量産性に優れるポリマ光導波路を提供することができる。

直接露光法でのポリマ光導波路作製手順を図１に示す。

図１（ａ）に示す基板１にクラッド材２を塗布後（図１（ｂ））、図１（ｃ）に示すようにＵＶ３を照射し硬化する。その後、図１（ｄ）に示すように、コア材４を塗布し、図１（ｅ）に示すように、マスク５を通してＵＶを照射し、図１（ｆ）に示すように、現像液によって未露光部を除去し、図１（ｇ）に示すようにＵＶ３によりポスト露光を行うことでコア部６を形成する。コア部６の形成後、図１（ｈ）に示すように、クラッド材７を塗布し、図１（ｉ）に示すように、再度ＵＶ３を照射することでクラッド材７を硬化させ、ポリマ光導波路が完成する。なお、クラッド材７は熱で硬化するものでもかまわない。

一般的なマルチモードファイバではコア径は５０μｍあるいは６２．５μｍであり、接続の容易性を持たせるためには２０〜９０μｍの厚さのポリマ光導波路が望ましい。

詳細には、例えば図２に示すようにレーザ１６から出た光をポリマ光導波路１５で受けてマルチモードファイバ１４へ光を導くためには、ポリマ光導波路１５のコア１９のコア径は、レーザ１６のビーム径よりも大きくかつマルチモードファイバ１４の径よりも小さい必要があり、２０μｍ〜６２．５μｍの導波路が適当である。このとき２０μｍ未満であるとレーザ１６との接続容易性が悪くなり、逆に６２．５μｍ以上であると損失が増加する。

また、例えば図３に示すようにマルチモードファイバ１４から出た光をポリマ光導波路１７で受けて受光器１８へ光を導くためには、ポリマ光導波路１７のコア２０のコア径は、マルチモードファイバ１４の径よりも大きくかつ受光器１８の径よりも小さい必要があり、６２．５μｍ〜９０μｍの導波路が適当である。このときもまた、６２．５μｍ以下であると損失が増加し、逆に９０μｍ以上であると受光器１８との接続容易性が悪くなる。

また、光の合分配等を行うに際し、図４に示すように、分岐形状を有するコア９が必要であり、この分岐形状のコア９を有するポリマ光導波路１２を低コストに提供する必要がある。

コア径２０〜９０μｍのポリマ光導波路１２において、分岐部での損失を小さくするためには、分岐角１３をできるだけ小さくし、分岐部をできるだけシャープにする必要がある。分岐部間隔８を上記材料によりマスクパターンを忠実に再現してポリマ光導波路を作製することで、損失、耐熱性等の特性に優れる分岐形状を有するポリマ光導波路１２を作製できる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

表１に記載の各成分を仕込み、液温を５０〜６０℃に制御しながら１時間攪拌し、液状樹脂組成物を得た。なお、表１中、各成分の添加量の単位は、重量部である。

表１において、
Ｖ７７９ＭＡ：ネオポールＶ７７９ＭＡ（日本ユピカ（株）製）
（化合物名：テトラブロモビスフェノールＡエポキシジメタアクリレート）
ＰＥＭＡ：ライトエステルＰＯ（共栄社化学（株）製）
（化合物名：フェノキシメチルメタクリレート）
ＢＲ−３１：ニューフロンティアＢＲ−３１（第一工業製薬（株）製）
（化合物名：トリブロモフェノキシエチルアクリレート）
ＤＰＨＡ：ＫＡＹＡＲＡＤＤＰＨＡ（日本化薬（株）製）
（化合物名：ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート）
ＩＢＸＡ：ライトエステルＩＢ−ＸＡ（共栄社化学（株）製）
（化合物名：イソボルニルアクリレート）
ＩＲＧ１８４：Irgacure１８４（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製）
（化合物名：１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニルケトン）
ＩＲＧ３６９：Irgacure３６９（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製）
（化合物名：２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタノン−１）
Ｖ７７９：ネオポールＶ７７９（日本ユピカ（株）製）
（化合物名：テトラブロモビスフェノールＡエポキシジアクリレート）
ＴＭＰＴＡ：ＴＭＰ−Ａ（大阪有機化学工業（株）製）
（化合物名：トリメチロールプロパントリアクリレート）
ＩＲＧ６５１：Irgacure６５１（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製）
（化合物名：２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オン
ＩＲＧ９０７：Irgacure９０７（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製）
（化合物名：２−メチル−１［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルフォリノプロパン−１−オン
である。

実施例１；
まずシリコン基板上に感光性樹脂ＥＬＥＣＴＲＯ−ＬＩＴＥＣｏｒｐ製２５００Ｃｌｅａｒをスピンコートにより塗布し（図１（ｂ））、ＵＶ照射することで厚さ２０μｍのアンダークラッド層を形成した（図１（ｃ））。次にアンダークラッド層の上に表１記載の感光性樹脂組成物を硬化後の厚さが６０μｍとなるようにスピンコートにより塗布し（図１（ｄ））、幅６０μｍのコア幅で、図４に示したようにコア９の分岐部付け根の間隔８が３０μｍの間隔、分岐角１３が１°のＹ字型のパターンを有するマスクを通してＵＶを照射し（図１（ｅ））、現像液によって未照射部を除去し（図１（ｆ））、再度ＵＶ露光した（図１（ｇ））。最後に感光性樹脂ＥＬＥＣＴＲＯ−ＬＩＴＥＣｏｒｐ製２５００Ｃｌｅａｒをスピンコートにより塗布し（図１（ｈ））、ＵＶ硬化することによってオーバークラッド層を形成しポリマ光導波路を作製した（図１（ｉ））。

実施例２及び比較例１〜６
コア層として表１の各組成物を用いた以外はすべて同じ手法にてポリマ光導波路を作製した。

次に実施例および比較例の評価方法をまとめる。評価結果を表２に示す。

＜評価法＞
１．パターニング性の評価
実施例、比較例に基づきポリマ光導波路１２を作製した際に、目的形状のコアが得られ、コア間の未硬化部も完全に除去され設計形状±５μｍである□矩形の形状を有する場合を「二重丸」、設計形状±１０μｍである□矩形の形状を有する場合を「○」、目的形状のコアが得られなかったり、コア間がコア材料で埋まったりした場合を「×」とした。

２．挿入損失の評価
上記プロセスで作製したポリマ光導波路１２の損失の測定系を図５に示す。コア９のＹ字型の２本に分かれている側の一方にレーザ１０を入射し、Ｙ字型の１本の側に受光器１１を配置し、損失の評価を行った。挿入損失が３．５ｄＢ／ｃｍ以下のときを「二重丸」、３．５ｄＢ／ｃｍよりも大きく４．５ｄＢ／ｃｍ以下のときを「○」、４．５ｄＢ／ｃｍよりも大きいときを「×」とした。

３．ポリマ光導波路の耐熱性の評価
耐熱性評価の指標として硬化物のガラス転移温度を測定した。５０μｍ厚の塗膜をアプリケーターバーにて形成し、ＵＶ照射により硬化塗膜を作製した。続いて、動的粘弾性測定装置を用いて、振動周波数１０Ｈｚの振動をかけながら、塗膜の弾性率の温度変化を測定した。弾性率から損失正接を算出し、損失正接が最大値を示す温度をガラス転移温度（Ｔｇ）と定義した。ガラス転移温度が１００℃以上を有するとき良好な耐熱性を示すと判断し「○」、それ未満であるときを「×」とした。

以上の評価により、実施例１，２はパターニング性が良好で、挿入損失が３．５ｄＢ以下で、耐熱性も良好であることが確認できた。

これに対して、比較例１はパターニング性は良好なものの、耐熱性が悪く、比較例２は、挿入損失が３．５ｄＢ以下であるものの耐熱性が悪く、また比較例３〜６は、挿入損失が３．５ｄＢ以下で、耐熱性も良好であるがパターニング性が悪い結果が得られた。

上述の実施例では、基板としてシリコンを用いる例で説明したが、基板として用いる素材は、シリコンに限らず、石英、ポリイミド等種々の材料を用いることができる。

本発明において、ポリマ光導波路を作製する手順を示す図である。本発明において、レーザとマルチモードファイバをポリマ光導波路により接続したものである。本発明において、受光器とマルチモードファイバをポリマ光導波路により接続したものである。本発明においてＹ分岐導波路を示す図である。本発明において、ポリマ光導波路の損失の測定系を示す図である。

符号の説明

１基板
２クラッド
６コア部
９コア
１２ポリマ光導波路
１３分岐角
１４マルチモードファイバ
１５ポリマ光導波路
１６レーザ
１７ポリマ光導波路
１８受光器

Claims

基板上にコア層およびクラッド層を有するポリマ光導波路であって、該コア層が、組成物全量に対する各成分の含有量として、下記成分（Ａ）〜（Ｅ）：
（Ａ）下記化１で表される構造を有するジメタアクリレート１０〜３０重量％、

（式中、Ｒ¹は、−（ＯＣＨ₂ＣＨ₂）_m―、―（ＯＣＨ（ＣＨ₃）ＣＨ₂）_m―、
または、―ＯＣＨ₂ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ₂−；
Ｘは、−Ｃ（ＣＨ₃）₂−、−ＣＨ₂−、−Ｏ−または−ＳＯ₂−；Ｙは、水素原子またはハロゲン原子；ｍは、０〜４の整数を表す。）、
（Ｂ）下記化２で表される構造を有するモノ（メタ）アクリレート３０〜５０重量％、

（式中、Ｒ²は、−（ＯＣＨ₂ＣＨ₂）_p―、―（ＯＣＨ（ＣＨ₃）ＣＨ₂）_p―、
または、―ＯＣＨ₂ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ₂−；
Ｙは、水素原子、ハロゲン原子、Ｐｈ−Ｃ（ＣＨ₃）₂−、Ｐｈ−、または、炭素数１〜２０のアルキル基；ｐは０〜４の整数を表す。ただし、Ｐｈは、フェニル基を表す。）、
（Ｃ）（メタ）アクリロイル基を分子中に６個有する（メタ）アクリレート５〜１０重量％、
（Ｄ）脂環構造を有するモノアクリレート１０〜２０重量％、
および
（Ｅ）下記の光ラジカル重合開始剤（Ｅ１）および（Ｅ２）、（Ｅ１）と（Ｅ２）の合計量として１〜５重量％、但し、成分（Ｅ１）１００重量％に対する成分（Ｅ２）の量は１５〜３０重量％である、
（Ｅ１）下記化３で表される構造を有する光ラジカル重合開始剤、

（式中、Ｒ³は有機基、Ｒ ⁴は水素原子又は水酸基を表す。）、
（Ｅ２）下記化４で表される構造を有する光ラジカル重合開始剤、

（式中、Ｒ⁵は窒素原子を有する有機基を表す。）
を構成成分として含有する感光性樹脂組成物にて作製されることを特徴とするポリマ光導波路。
コア径が２０〜９０μｍである請求項１記載のポリマ光導波路。
コアが分岐形状を有する請求項１記載のポリマ光導波路。