JPH04157403A - 光導波路の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔従来の技術〕 従来のこの種の光導波路の製造方法として、フォトリソ
グラフィー法を用いた種々のプラスチック性光導波路の
製造方法が考案されていた。

第１従来例 第５図に第１従来例として選択重合方法を示す。

この方法は、まず屈折率１，５９のポリカーボネート５
１中にアクリルモノマ５２を分散させた溶液をフィルム
状に注型しく第５図（ａ））、次に必要な導波路パター
ンか描かれたフォトマスク５４を第５図（ａ）で作製し
たフィルム５５に密着させて紫外線を照射すると、紫外
線が照射された部分のアクリルモノマ５２がポリカーボ
ネート５１と重合し共重合体５６を形成する（第５図（
ｂ））。次にフィルム５５を真空中で加熱し、未反応の
アクリルモノマ５２をフィルム５５から取り除くと、共
重合体部５７はポリカーボネート部５８に比較して屈折
率が低くなり（屈折率１．５７５）、パターン状に形成
されているポリカーボネート部５８のコア（屈折率１．
５９）に対し、クラッド部（屈折率１．５７５）となる
（第５図（Ｃ））。最後にフィルム５５の表面を低屈折
率材料５９て覆うことによってフィルム状のプラスチッ
ク製導波路６０を得るものである。

第２従来例 第６図に第２従来例として成形法を示す。第６図（ａ）
に示すように、この成形法は、まずガラスや金属材料の
平板６１上にフォトレジスト６２の層を薄くコーティン
グし、光導波路の平面構造を有したマスク６３を介して
前記フォトレジスト６２の層を選択的に露光する。つい
で、第６図（ｂ）に示すように、現像剤を用いて露光部
のフォトレジスト６２のみを取り除くことにより前記平
板６１上にフォトレジスト６２によるマスク６３のパタ
ーンが転写され、突起部６４となる。

ついで前記平板６１を溶解する材料を用いて前記平板６
１を化学エツチング手法により選択的に溶解し、その後
突起部６４を取り除く。この工程によって、第６図（ｃ
）に示すように、前記平板６１にはマスク６３のパター
ンに準じた溝６６が形成され、これが光導波路のマスタ
ー６５となる。

第６図（ｄ）に示すように、前記マスター６５を用いて
低屈折率の透光性プラスチック材料でクラット基材７０
を形成する。

マスター６５からクラッド基材７０を形成する方法とし
ては、例えば注型法や射出成形法が挙げられ、この場合
前記マスター６５の溝側の面の表面にスパッタ法により
ニッケル導電膜を形成し、ニッケル電鋳法によりニッケ
ル層の厚づけを行う。

そして、マスター６５をはく離する事によってスタンパ
−６７が形成される。前記スタンパ−６７を用いて、注
型法または射出成形法等の公知の方法によって光導波路
のパターンを有する溝部を備えたクラッド基材７０を形
成する。第６図（ｅ）に示すように、クラッド基材７０
はマスター６５の溝側表面と同様な形態を呈する。

次いで第６図（ｆ）に示すように、前記クラッド基材７
０の溝部６９の一端から高屈折率の透明性プラスチック
を毛細管現象を利用して流入させ、溝部６９内に樹脂が
十分に充填された後に硬化させコア７１を形成する。そ
して、第６図（ｇ）に示すように、前記コア７１が形成
された面全体を、低屈折率の透光性プラスチックで均一
にコーティングすることによってクラッド層７２を形成
し光導波路８０を得る。本製造方法を用いることによれ
ばコア７１とクラッド基材７０及びクラッド層７２の材
料を自由に選択することができるので先導波路８０は大
きな開口角を得ることができる。

例えば、コア７１の材料として光硬化樹脂であるアクリ
ル系樹脂（商品名Ｍ２１０、東亜合成化学社製、屈折率
Ｊ　”１．５４）　、クラッド基材７０及びクラッド層
７２の材料として同様な光硬化樹脂であるアクリル系樹
脂（商品名アロニクスＭ３１０、東亜合成化学社製、屈
折率ｎ２＝１．４６）を用いることによってつくられた
光導波路８０の開口角は２６．５度と大きい。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この様な従来の光導波路の製造法のうち
第１従来例である選択重合法によれば、ポリカーボネー
ト部と共重合体部との屈折率差を大きくする事は困難で
あり、結果的に前記の材料によって形成される光導波路
６０の開口角は１２．６度であった。また、本製造法に
よってつくられた光導波路の伝送損失は０．２ｄＢ／ａ
ｌ＋であった。即ぢ、開口角を大きくすることができな
いという問題点があった。開口角か大きくとれないとい
うことは、すなわち、光導波路を小さな曲率半径をもっ
て屈曲して構成することができないという事であり、同
時に光導波路に入射される光ビームの受は入れ角度が小
さいので、光導波路に結合される光ビームの、伝送可能
な光量が少いという事を意味する。

これに反して、第２従来例である成形法によれば、開口
角を大きくとることか可能であるが、前記のエツチング
工程によって形成された溝内部の壁面つまり光導波路の
壁面の表面荒さが、非常に大きくなり、これによってつ
くられた光導波路は、光を伝搬することがほとんどでき
ないか、または、大きな伝送損失をもつという問題点が
あった。

一般に光導波路、レンズ等の光学系の表面荒さは０．０
１μｍ以内のオーダーにおさえることが必要である。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたもの
であり、光エツチング法によっても、開口角か大きく、
かつ、伝送損失が小さいといった先導波路の製造方法を
提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するために、請求項１記載の発明に係る
光導波路の製造方法は、平板上に形成されたフォトレジ
ストからなる突起部の断面形状が略四角形である中間材
料を作成する第１工程と、前記中間材料を加熱して、前
記略四角形突起部の表面を滑らかにせしめ、かつ、断面
形状を略半円形にせしめて光導波路のレジストマスター
を作成する第２工程と、前記レジストマスターの断面形
状が反転され、前記レジストマスターの略半円形突起部
が、略半円形溝部として形成された反転型を作成する第
３工程と、低屈折率の透光性材料からなり、前記反転型
と断面形状か等しく形成された前記略半円形溝部を有す
るクラット基材を作成する第４工程と、前記クラット基
材の略半円形溝部に高屈折率の透光性材料を充填してコ
アを作成する第５工程と、を有する。

請求項２記載の発明に係る光導波路は、低屈折率の透光
性材料からなる平板状の第１クラッド層と、この第１ク
ラッド層の一側面に沿って形成された断面形状が略半円
形の溝部に高屈折率の透光性材料が充填され、この充填
材料の前記溝部との接触部が滑らかなコアと、このコア
を含む前記第１クラッド層の一側面側に密着された低屈
折率の透光性材料からなる平板状の第２クラッド層と、
を備えた。

〔作用〕

請求項１の発明は、先ず、平板上に形成されたフォトレ
ジストからなる突起部の断面形状が略四角形の中間材料
が作成される。この略四角形突起部の表面は、やや粗い
。前記断面形状が略四角形の突起部を有する平板（中間
材料）を加熱すると、前記突起部は半溶解状態になり、
材料の表面張力により突起部の表面は滑らかになり、か
つ、前記突起部の断面形状が略半円形になったレジスト
マスターが作成される。このレジスターマスターの反転
型を作成する。この反転型と同型の、低屈折率の透光性
材料からなるクラッド基材を作成する。

このクラッド基材の略半円形溝部表面は滑らかになる。

前記溝部に高屈折率の透光性材料を充填しコアを形成す
ると、コアの外周は滑らかになり、このコアとクラッド
基材とが密接して交互配置状態になり、光導波路が形成
される。

請求項２に記載の発明は、高屈折率のコアと低屈折率の
クラッド層の屈折率の差を大きくとることにより、光の
入射角が大きい場合にもコア内で全反射するので、開口
角を太き（でき、かつ、コアの内周面か滑らかに形成さ
れているので、光が反射する際の伝送損失を少なくでき
る。

〔実施例〕

以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。第１図（ａ）〜（ｅ）は、本発明に係る光導波
路の製造法のうちレジストマスターを形成するまでの工
程順を示すものである。

レジスト塗布工程として、第１図（ａ）に示すように、
まず、シリコンウェハ又はガラスからなる平板２１の片
側の表面に、スピンコード法によって、フォトレジスト
２２を塗布する。フォトレジスト２２の材料としては、
厚膜ボンタイプフォトレジスト（商品名ＰＭＥＲＰ−Ｇ
７９００、東京応化工業社製）を用いる。スピンコード
法は１５００　＋ｐｍで２０秒間行う。その後、温度９
０度で１０分間プリベーク工程を行うことによって層厚
１５μｍのフォトレジスト２２の層が形成されるのであ
る。前記フォトレジスト２２を塗布した面の上にさらに
スピンコード法によって、フォトレジスト２２を重ね塗
りする。スピンコード法は１５００　＋ｐｍで２０秒間
行いその後温度９０度で３０分間ブリベーク工程を行う
ことによって層厚３０μｍのフォトレジスト２２の層が
形成される。

マスク露光工程として、第１図（ｂ）に示すように、前
記層厚３０μｍのフォトレジスト２２の層にマスク２３
を上乗せしてマスク２３を介してフォトレジスト２２の
層に紫外線２４を照射する。

これによりフォトレジスト２２の層には、選択的に紫外
線２３か照射される。マスク２３の形状としては、例え
ば光導波路アレイを形成するものとしてピッチ６０μｍ
１開口部２７の幅２０μｍのラインアントスペースの形
状を有するものを用いる。また、紫外線による露光量は
６００ｍ１／ａ＋ｆである。

現像工程として、第１図（ｅ）に示すように、上記マス
ク露光工程を経たフォトレジスト２２の層を、現像剤（
商品名Ｐ−５Ｇ原液、東京応化工業社製）に、温度２５
℃で４分間浸す。これによって前記工程により紫外線２
４か照射された部分のフォトレジスト２２が選択的に溶
解され、平板２１が露出する。

リンス工程として、第１図（ｄ）に示すように、前記選
択的に溶解されたフォトレジスト２２を純水で洗い流す
。これによって平板２１上にフォトレジスト２２の層か
らつくられた略台形の断面形状を有した突起部２６が形
成される。本突起部２６が、前記マスク露光工程（第１
図（ｂ）参照）において、表面荒さ１μｍ程度になるこ
とはまぬがれない。これは、前記マスク露光工程（第１
図（ｂ）参照）においてフォトレジスト２２の層に照射
される紫外線２４がフォトレジスト２２材料中で材料の
不均質性等の原因で散乱を受けるため、材料中を直進す
ることができないことが１つの理由である。

以上に示した光エツチング手段（フォトリソグラフィー
手法）に限らず化学エツチング手法により同様な突起部
２６を形成するプロセスにおいても、化学反応が材料中
を一方向的に進行することが非常に困難であるため表面
荒さが非常に大きくなってしまうという問題点があった
。たとえ異方性エツチング手法と呼ばれる一種の化学的
エツチング手法を用いて同様な突起部２６を形成しても
、表面荒さを０．０１μｍ以内におさえる事は非常に困
難であった。以上の様な理由により、従来では、前記突
起部２６の型をとって成形法により光導波路を製造する
際に、光導波路の壁面の表面荒さが大きいという問題点
から、開口角が大きく伝送損失が小さいといった良質の
光導波路を製造することが非常に困難であった。ポスト
ベーク工程として、第１図（ｅ）に示すように、前記リ
ンス工程を経た平板２１上の突起部２６を温度１３５度
で３０分加熱する。これによって突起部２６の形状は時
間的に見て第２図（ａ）〜（ｄ）に示される様に刻々と
変化し、最終的には表面荒さ０．０１μｍ以内でかつそ
の断面形状が略半円形となる。これは突起部２６の材料
に、熱による溶解のため、その表面張力によって表面積
を小さくする様に力が働くためである。このため本突起
部２６は前記のポストベーク工程によって表面荒さ０．
０１μｍ以内で、かつ、その断面形状が略半円形になる
という効果を生じる。

本ポストベーク工程を経た突起部２６Ｄ及び平板２１を
、まとめてレジストマスター３０と称する。

以上の工程を経ることによってレジストマスター３０が
形成される。

第３図は、本発明に係る光導波路の製造法のうちレジス
トマスター３０からスタンパ−４０を形成するまでの工
程順を示すものである。

導電膜形成工程として、第３図（ａ）に示すように、前
記レジストマスター３０の突起部２６Ｄを有する面上に
スパッタ法によりニッケル導電膜３１を膜厚０，１μｍ
程度で形成する。

第１電鋳工程として、第３図（ｂ）に示すように、前記
ニッケル導電膜３１が形成されたレジストマスター３０
に、電鋳法により、３００μｍ程度の第１ニッケル層３
２を形成する。第１ニッケル層３２には前記ニッケル導
電膜３１も含まれる。

メタルマスター形成工程として、第３図（Ｃ）に示すよ
うに、前記第１電鋳工程を経たレジストマスター３０及
び第１ニッケル層３２より平板２１をはく離する。その
後、第１ニッケル層３２の溝に残留した突起部２６Ｄを
アセトン又は強アルカリ溶剤中での超音波洗浄法により
完全に除去する。これによってレジストマスター３０が
完全に第１ニッケル層３２に転写された形となりこれを
メタルマスター３３と称する。

離型皮膜形成工程として、第３図（ｄ）に示すように、
前記メタルマスター３３の溝側の表面に、陽極酸化法ま
たは酸化性溶液中でのディッピング法によってニッケル
酸化皮膜３４を形成する。これによって前記メタルマス
ター３３の溝側表面には離型性をもった皮膜か形成され
る。

第２電鋳工程として、第３図（ｅ）に示すように、前記
ニッケル酸化皮膜３４か形成されたメタルマスター３３
に電鋳法により３００μｍ程度の第２ニッケル層３５を
形成する。

スタンパ形成工程として、第３図（ｆ）に示すように、
前記第２電鋳工程を経たメタルマスター３３及び第２ニ
ッケル層３５よりメタルマスター３３をはく離する。こ
れによってメタルマスター３３が完全に第２ニッケル層
３５に転写された形となりスタンパ−４０が形成される
。このスタンパ−４０は、金型３６に固定されることに
より用いられる。

以上の工程を経ることによってレジストマスター３０か
らスタンパ−４０が形成される。従って、スタンパ−４
０の溝側表面とレジストマスター３０の溝側表面（突起
部２６Ｄ側表面）とは同し形態を呈する。

第４図（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る光導波路の製造
法のうちスタンパ−４０から注型法により最終的に光導
波路５０を製造するまでの工程順を示すものである。

第４図（ａ）に示すように、クラッド基材形成工程とし
て、前記スタンパ−４０の溝側の平面に２００μｍ程度
の微小距離の空隙をもって透明板４１を面平行に位置さ
せる。次いで、この空隙に低屈折率紫外線硬化樹脂４２
を充填する。次いで、前記透明板４１を介して紫外線２
４を照射し、低屈折率紫外線硬化樹脂４２を完全に硬化
させる。

次いで、スタンパ−４０を前記透明板４１及び低屈折率
紫外線硬化樹脂４２からはく離することによって、溝部
４３を有した、前記透明板４１および低屈折率紫外線硬
化樹脂４２から成るクラッド基材４４が形成される。前
記低屈折率紫外線硬化樹脂４２としては、アクリル系樹
脂（商品名アロニクスＭ３１０東亜合成化学社製、屈折
率１．４６）を用いた。また前記透明板４１としては近
紫外線に対して透明な材料を用い、例えば、低屈折率紫
外線硬化樹脂４２との接着性を高めるためにＵＶ−０３
アツシングプロセスによって表面処理された硼ケイ酸ガ
ラスが挙げられる。

ＵＶ−０３アツシングプロセスは、シリコン集積回路形
成プロセスにおいて広く利用されているプロセスである
。また、透明板４１は光導波路５０の補強材としての効
果も備える。

第４図（ｂ）に示すように、コア形成工程として、前記
クラッド基材４４の溝部４３に、その−端から高屈折率
紫外線硬化樹脂４５を毛細管現象を利用して注入した。

この時、溝部４３内に注入された高屈折率紫外線硬化樹
脂４５はその表面張力のため溝部４３から溢れることな
く溝部４３内のみに充填された。高屈折率紫外線硬化樹
脂４５が溝部４３内に十分充填された後、紫外線２４を
照射し、高屈折率紫外線硬化樹脂４５を完全に硬化させ
てコア４６を形成した。本コア４６の断面形状は略半円
形となった。もし、前記高屈折率紫外線硬化樹脂４５が
酸素雰囲気中（空気中）で硬化しない性質のものであれ
ば、窒素雰囲気中等の無酸素環境で硬化させることか必
要である。前記高屈折率紫外線硬化樹脂４５としてはア
クリル系樹脂（商品名アニロクスＭ２１０、東亜合成化
学社製、屈折率１．５４）を用いた。本樹脂は、酸素雰
囲気中（空気中）でも容易に硬化した。また、本樹脂を
溝部４３内に十分に充填させるにはほぼ３０分を要した
。また、充填後のコア４６の表面４６ａは、表面張力に
より、表面荒さ０，０１μｍ以内となることが確められ
た。

第４図（ｃ）に示すように、クラッド層形成工程として
、前記コア形成工程によってコア４６が形成されたクラ
ット基材４４のコア４６側の平面にクラッド基材形成工
程と同様に２００μｍ程度の微小距離の空隙をもって透
明板４１を面平行に位置させる。次いで、この空隙に低
屈折率紫外線硬化樹脂４２を充填する。次いで、前記透
明板４１を介して紫外線を照射し、低屈折率紫外線硬化
樹脂４２を完全に硬化させてクラット層４７を形成する
。

第４図（ｄ）に示すように、仕上げ工程として、前記ク
ラッド層形成工程を経たクラッド基材４４及びコア４６
及びクラッド層４７及び透明板４１に、切断、研削、研
磨等の手段によって、適切な位置に表面荒さ０．１μｍ
以下程度の端部４８を形成し、最終的な先導波路５０が
形成される。

以上、第１図〜第４図をもって詳述した工程を経ること
によって製造された光導波路５０は、ピッチが６０μｍ
でコア４６の幅が４３μｍ１またコア４６の断面形状が
略半円形である光導波路アレイ構造となる。

また、本光導波路５０を、波長λ＝６３２．８ｎｍのＨ
ｅ−Ｎｅレーザ光を用いて評価したところ、開口角が２
６．５度であり、伝送損失が０．　１ｄＢ／ａｎ以下と
いう非常に良質な光導波路としての性質を得ることがで
きた。

また、コア４６の平面構造として曲率半径２ｍｍ以上の
屈曲に対して、前記伝送損失を保ったまま光伝送を行う
ことができた。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく
、適宜変更を加えることが可能である。

例えば、第１図（ａ）に示したレジスト塗布工程におい
てシート状のフォトレジストを熱融着によって平板２１
に貼り着けることも可能である。これによってスピンコ
ード法による塗布よりかなり工程数を省くことができる
。

また第１図（ｂ）に示したマスク露光工程において、マ
スク２３の形状を自由に選ぶことによってわずか数μｍ
幅程度のコア４６（第４図参照）を形成したりそれを分
岐、交叉させることも可能である。また、第４図（ａ）
および第４図（Ｃ）における透明板４１として離形性に
優れたＴＰＸ等の樹脂を用いて、最終的に透明板４１を
光導波路５０からはく離することによって可撓性を有し
た光導波路５０を製造することも可能である。また、第
４図（ａ）および第４図（ｂ）および第４図（ｃ）にお
ける高屈折率紫外線硬化樹脂４５及び低屈折率紫外線硬
化樹脂４２としては他にも種々の材料を選ぶことが可能
である。この様な材料の一例としては、高屈折率紫外線
硬化樹脂であるフッ素系樹脂（商品名Ｄｅｆｅｎｓａ４
７９−１８、大日本インキ化学工業社製、屈折率１．５
３）、また低屈折率紫外線硬化樹脂であるフッ素系樹脂
（商品名Ｄｅｆｅｎｓａ７７１０、大日本インキ化学工
業社製、屈折率１．４０）等が挙げられる。この材料を
変えることによって製造される光導波路５０の開口角及
び伝送効率を変化させることが可能である。

また、光導波路５０を構成する材料として実施例に記載
しである光硬化樹脂のかわりにその他の透光性樹脂を硬
化させる事によっても光導波路５０を製造する事も可能
である。

また、第４図（ａ）に示したクラッド基材形成工程にお
いて実施例に記載しである注型法のかわりに射出成形法
を用いる事が可能である。これによって、光導波路５０
の製造の生産性が向上するという効果がある。

また、第４図（ｂ）のコア形成工程として実施例にある
毛細管現象を利用するもののかわりにスピンコード法に
よって溝部４３に樹脂を充填してもよい。

また、本光導波路５０を用いて光伝送路のみでなく光分
配器、光結合器、その他の光回路または光学的集積回路
に応用することも可能である。

また、この様な平板状の構造のみでなく、屈曲したり重
ね合わせたりして立体的な構造をとることも可能である
。

〔発明の効果〕

以上詳述したことから明らかなように、本発明に係る光
導波路の製造法によれば、光エツチング法によっても、
開口角が大きく、かつ、伝送損失が小さいといった光導
波路を得ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図から第６図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、 第１図はレジストマスターを形成する工程を示す図、 第２図は突起部の時間的な形状変化を示す図、第３図は
スタンパ−を形成する工程を示す図、第４図は注型法に
より光導波路を形成する工程を示す図、 第５図は従来の光導波路の製造方法である選択重合法の
工程を示す図、 第６図は従来の別の製造方法である成形法の工程を示す
図である。 ２１・・・平板 ２２・・・フォトレジスト ２６・・・突起部 ３０・・・レジストマスター ４１・・・透明板 ４２．４５・・・透光性材料 ４３・・・溝部 ４４・・・クラッド基材（第１クラッド層）４６・・・
コア ４７・・・クラッド層（第２クラッド層）５０・・・光
導波路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、平板上に形成されたフォトレジストからなる突起部
   の断面形状が略四角形である中間材料を作成する第１工
   程と、 前記中間材料を加熱して、前記略四角形突起部の表面を
   滑らかにせしめ、かつ、断面形状を略半円形にせしめて
   光導波路のレジストマスターを作成する第２工程と、 前記レジストマスターの断面形状が反転され、前記レジ
   ストマスターの略半円形突起部が、略半円形溝部として
   形成された反転型を作成する第３工程と、 低屈折率の透光性材料からなり、前記反転型と断面形状
   が等しく形成された前記略半円形溝部を有するクラッド
   基材を作成する第４工程と、前記クラッド基材の略半円
   形溝部に高屈折率の透光性材料を充填してコアを作成す
   る第５工程と、を有することを特徴とする光導波路の製
   造方法。 ２、低屈折率の透光性材料からなる平板状の第１クラッ
   ド層と、 この第１クラッド層の一側面に沿って形成された断面形
   状が略半円形の溝部に高屈折率の透光性材料が充填され
   、この充填材料の前記溝部との接触部が滑らかなコアと
   、 このコアを含む前記第１クラッド層の一側面側に密着さ
   れた低屈折率の透光性材料からなる平板状の第２クラッ
   ド層と、 を備えたことを特徴とする光導波路。