JP4360252B2 - 光導波路形成用感光性樹脂組成物、及びそれを用いて形成された光導波路 - Google Patents
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Description
このうち、石英系光導波路は、伝送損失が低いという利点を有する反面、製造工程における加工温度が高いこと、及び、大面積のものを作製しがたいこと等のプロセス上の問題があった。
また、ポリマー系光導波路は、加工のし易さや材料設計の幅広さ等の利点を有することから、ポリメチルメタクリレートやポリカーボネート等のポリマー材料を用いたものが検討されてきた。しかし、一般に、ポリマー系光導波路は、耐熱性が劣るという問題がある。そのため、最近では、耐熱性及び伝送損失に優れるフッ素化ポリイミドの検討が盛んに行なわれている。
このような状況下において、近年、フォトリソグラフィー性を付与したエポキシ系紫外線硬化樹脂等の光硬化性材料及び該材料を用いた光導波路が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
さらに、はじき等の塗工性が良好であっても、基板との密着性が良好でないと、樹脂組成物が基板から剥がれ、伝送損失が大きくなってしまうため、光導波路形成用樹脂としての長期信頼性が損なわれるという問題点もあった。
[1]下記式(1)
で示される化合物、
重合性化合物、及び
光重合開始剤
を含有する光導波路形成用感光性樹脂組成物;
[2]前記式(1)で示される化合物を、重合性化合物100質量部に対して0.001〜10質量部含有する、上記[1]に記載の光導波路形成用感光性樹脂組成物;及び
[3]コア層及びクラッド層とを有する光導波路であって、該コア層及び該クラッド層のいずれか一方又は両方が、上記[1]又は[2]に記載の光導波路形成用感光性樹脂組成物からなる光導波路
を提供する。
また、本発明の樹脂組成物から形成される塗膜は、基板との密着性が良好であるため、種々の環境条件下での保存においても長期信頼性に優れる光導波路を提供できる。
A.光導波路形成用感光性樹脂組成物
本発明の光導波路形成用感光性樹脂組成物(以下、本発明の樹脂組成物という)は、下記式(1)
で示される化合物、
重合性化合物、及び
光重合開始剤
を含有することを特徴とする。
本発明において用いられる、はじき等を抑制する作用を有する化合物は、下記式(1)
式(1)において、R1は、炭素数1〜5のアルキル基であり、好ましくは炭素数1〜3のアルキル基、特に好ましくはエチル基である。
R2は、炭素数1〜5のアルキル基であり、好ましくは炭素数1〜3のアルキル基、特に好ましくはメチル基である。
R3は、炭素数1〜5のアルキル基であり、好ましくは炭素数1〜3のアルキル基、特に好ましくはエチル基である。
R4は水素原子又はメチル基であり、好ましくはメチル基である。
nは5〜50の数を表し、好ましくは5〜45、より好ましくは15〜40である。
アデカコールCC−15(上記式(2)において、n=15)
アデカコールCC−36(上記式(2)において、n=25)
アデカコールCC−42(上記式(2)において、n=40)
上記式(1)で示される化合物は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の樹脂組成物を構成する重合性化合物は、特に制限されず、光導波路形成に用いられる感光性樹脂として従来公知の如何なる種類の樹脂及び樹脂組成物を用いてもよい。具体的には、例えば、エチレン性不飽和二重結合を有する重合性モノマーや(メタ)アクリル基を含有するオリゴマー、重合性基を有する(メタ)アクリル樹脂やグリシジルエーテル、シクロヘキセンオキシド、又はオキセタンを含有するエポキシ樹脂等を挙げることができる。
重合性化合物は、下記から選択される一種又は二種以上の組み合わせであることが好ましい。ここで硬化性や硬化物への柔軟性付与の観点から(メタ)アクリル樹脂が好ましい。
本発明の樹脂組成物を構成する光重合開始剤は、特に制限されず、光導波路形成に用いられる光重合開始剤として従来公知の如何なる種類の化合物を用いてもよい。具体的には、例えば、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−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、 2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、キサントン、フルオレノン、べンズアルデヒド、フルオレン、アントラキノン、トリフェニルアミン、カルバゾール、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、ミヒラーケトン、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、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を挙げることができる。
光重合開始剤の市販品としては、例えば、Irgacure184、369、651、500、819、907、784、2959、CGI1700、CGI1750、CGI11850、CG24−61、Darocurl116、1173(以上、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製)、LucirinLR8728(BASF社製)、ユベクリルP36(UCB社製)が挙げられ、これらのうちIrgacure184が特に好ましい。
本発明の樹脂組成物には、上記成分以外に、任意添加成分として、例えば、光増感剤、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、離型剤等を配合することができる。
光増感剤の市販品の具体例としては、例えば、ユベクリルP102、103、104、105(以上、UCB社製)等が挙げられる。
紫外線吸収剤の市販品としては、例えば、Tinuvin P、234、320、326、327、328、329、213(以上、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製)、Seesorb102、103、110、501、202、712、704(以上、シプロ化成(株)製)等が挙げられる。
シランカップリング剤としては、例えば、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。市販品としては、SH6062、6030(以上、東レ・ダウ コーニング・シリコーン(株)製)、KBE903、603、403(以上、信越化学工業(株)製)等が挙げられる。
本発明の樹脂組成物は、上記各成分を常法により混合して製造することができる。具体的には、上記各成分を反応容器に投入し、50〜80℃で、透明液体になるまで攪拌すればよい。
上記5のようにして得られた本発明の樹脂組成物を、放射線照射することによって硬化物(硬化物である本発明の樹脂組成物)を得ることができる。用いる放射線としては、例えば、赤外線、可視光線、紫外線及びX線α線、β線、γ線等が挙げられ、紫外線が好ましい。
本発明の光導波路は、コア層と、該コア層に積層して形成されるクラッド層とを有する光導波路であって、該コア層及び該クラッド層のいずれか一方又は両方が、上記本発明の樹脂組成物からなることを特徴とする。上記本発明の樹脂組成物を用いることにより、伝送損失が小さく、基板との密着性が高く、長期信頼性の高い光導波路が得られる。
図1は、本発明の感光性組成物からなるクラッド層を含む光導波路の一例を模式的に示す断面図である。
図1中、光導波路1は、シリコンウエハの如き基板10と、下部クラッド層12と、上部クラッド層16と、これらのクラッド層12、16で保護されたコア部14とからなる。このうち、下部クラッド層12及び上部クラッド層16のいずれか一方又は両方は、本発明の感光性組成物を用いて形成される。
まず、基板10の表面にスピンコート法によって本発明の樹脂組成物を塗布し、紫外線を照射して硬化させ、下部クラッド層12を形成する。そして、下部クラッド層12の上にコア部形成用の他の感光性樹脂組成物を塗布し、上方から所定のラインパターンを有するフォトマスクを介して紫外線を照射する。これによって、紫外線が照射された箇所のみが硬化するので、それ以外の未硬化の部分を現像液によって除去し、コア部14を得る。
次いで、下部クラッド層12及びコア部14の上面に本発明の樹脂組成物を塗布し、紫外線を照射して硬化させ、上部クラッド層16を形成すれば、光導波路1が完成する。
実施例1
下記表1に記載の各成分をフラスコに添加し、60℃にて均一透明液体になるまで攪拌し、液状の樹脂組成物(樹脂1)を得た。
添加する成分の種類と割合を、下記表1に記載のとおりに変えた以外は実施例1と同様にして液状の樹脂組成物(樹脂2〜5)を得た。
実施例1〜3及び比較例1、2で得られた液状の樹脂組成物(樹脂1〜5)を硬化させた硬化膜について、824nmでの屈折率を以下の手法により測定した。まず、スピンコーターを用いて、回転数及び時間を調整しながら、4インチのシリコンウエファ基板上に実施例1〜3、比較例1、2で得た各液状の樹脂組成物(樹脂1〜5)を7μm厚になるように塗布して樹脂組成物層を形成させた後、窒素雰囲気下、1.0J/cm2の紫外線をマスクアライナーから樹脂組成物層に照射し、硬化膜を得た。次いで、日本メトリコン製プリズムカップラーを用いて、この硬化膜の屈折率(824nm、25℃)を測定した。
スピンコーターを用いて回転数および時間を調整しながら、4インチのシリコンウエハ基板上に樹脂組成物を50μm厚になるように塗布して樹脂組成物層を形成させた後、温度25℃、相対湿度25%で10分放置した。放置後、塗膜表面に「はじき」や「むら」がみられた場合を「×」、「はじき」や「むら」が観察されなかった場合を「○」とした。
CC−15:前記式(2)において、n=15の化合物(旭電化工業製、第4級ポリエーテルアンモニウム塩;アデカコールCC−15)
CC−42:前記式(2)において、n=40の化合物(旭電化工業製、第4級ポリエーテルアンモニウム塩;アデカコールCC−42)
AA−6:メタクリロイル基含有ポリメタクリル酸メチル(PMMA)(東亞合成製;マクロマーAA−6)
V779:テトラブロモビスフェノールA型エポキシジアクリレート(日本ユピカ製;ネオポールV779)
TCDDA:トリシクロデカンジメタノールジアクリレート(三菱化学製;SA1002)
BR−31:トリブロモフェノキシエチルアクリレート(第一工業製薬製;ニューフロンティアBR−31)
VP:N−ビニルピロリドン(BASF製;VP)
NDDA:1,9−ノナンジオールジアクリレート(第一工業製薬製;LC9A)
IBXMA:イソボルニルメタクリレート(大阪有機化学製;IB−X)
Irg.184:シクロヘキシルアセトフェノン(チバスペシャリティケミカルズ製;Irgacure 184)
A203F:ポリオキシアルキレンアルキルエーテルリン酸エステル(第一工業製薬製;プライサーフ A203F)
264−WAX:変性脂肪族ジメチルエチルアンモニウムエトサルフェート(日本油脂製;エレガン 264−WAX)
実施例4〜6、比較例3、4
スピンコーターを用いて、回転数及び時間を調整しながら、4インチのシリコンウエファ基板の上に、実施例2で調製した樹脂2を50μm厚になるように塗布した後、当該塗布層(下部クラッド層)に、空気雰囲気下、1.0J/cm2の紫外線をマスクアライナーから照射した。次いで、スピンコーターを用いて、下部クラッド層の上に、実施例1で調製した樹脂1を、50μm厚になるように塗布した後、空気雰囲気下、1.0J/cm2の紫外線を、50μm幅の分岐のない直線形状を有するフォトマスクを介して当該塗布層に照射した。アセトンを用いて、照射後の塗布層を3分間現像処理した後、70℃に設定したオーブン中で基板を10分間加温し、コア部を形成した。さらに、この上に、樹脂2を再度、50μm厚になるように再び塗布した後、紫外線を基板に照射して上部クラッド層とし、チャネル導波路を得た。
クラッド層(下部クラッド層)及びコア部を形成する樹脂組成物を、それぞれ表2に示す樹脂組成物に変えた以外は実施例4と同様にしてチャネル導波路を作製した。
<伝送損失の評価>
導波路の端面をへき開にてカットした後、マルチモードファイバ(50μm径)を介して850nmの光を挿入し、カットバック法により導波路損失を測定した。カットバックは、導波路長5cmから1cm刻みに4点測定して行なった。得られた光強度を導波路長に関してプロットし、その傾きから損失値を算出した。得られた損失値が1.0dB/cm以下であるときを「○」、それよりも高いときを「×」として評価した。
1.高温高湿試験
作製した光導波路を3cm長に切断し、850nmの光を挿入し初期挿入損失を測定後、温度85℃、相対湿度85%の恒温槽内で1000時間放置した。その後、導波路を取り出し、温度25℃、相対湿度50%で24時間の状態調整を行った後、再度、挿入損失を測定した。初期挿入損失と比較し、その変化量が1dBを超えるものを「×」、1dB以内のものを「○」とした。
作製した光導波路を3cm長に切断し、850nmの光を挿入し初期挿入損失を測定後、−40℃と85℃での30分間隔での保存を短時間で繰り返すヒートサイクル試験を実施した。100サイクルの試験後、導波路を取り出し、温度25℃、相対湿度50%で24時間の状態調整を行った後、再度、挿入損失を測定した。初期挿入損失と比較し、その変化量が1dBを超えるものを「×」、1dB以内のものを「○」とした。
PJ3001:感光性アクリル樹脂(JSR製;オプスターPJ3001)
また、本発明の樹脂組成物を用いれば、基板との密着性が良好な塗膜が形成でき、基板からの剥離等もみられず長期信頼性の高い光導波路を作製できる。
10 基板
12 下部クラッド層
14 コア部
16 上部クラッド層
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