JP2006184864A

JP2006184864A - ポリマ光導波路の製造方法及びポリマ光導波路

Info

Publication number: JP2006184864A
Application number: JP2005263176A
Authority: JP
Inventors: Hironori Yasuda; 裕紀安田; Mitsuki Hirano; 光樹平野; Tomiya Abe; 富也阿部; Yuzo Ito; 雄三伊籐
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2005-09-12
Publication date: 2006-07-13

Abstract

【課題】安価にフィルム状ポリマ光導波路を製造できるポリマ光導波路の製造方法を提供する。
【解決手段】基板２１上に熱可塑性樹脂層２２を設け、その熱可塑性樹脂層２２上にそれぞれポリマからなるアンダークラッド層２、コア３、オーバークラッド４層を順次形成した後、熱可塑性樹脂層２２を加熱して軟化させ、基板２１を剥離してポリマ光導波路１を作製する。
【選択図】図２

Description

本発明は、フィルム状ポリマ光導波路の製造方法及びポリマ光導波路に関する。

近年、ガラスを用いた光導波路に比べ、加工容易性、作製コスト低減などの点で優れているポリマを用いたポリマ光導波路が研究・開発されている。このポリマ光導波路のうち、基板を有しないフィルム状（フィルム型）のポリマ導波路は、可とう性を有するため、様々な光デバイスへの応用が期待されている。

フィルム状ポリマ光導波路の製造方法としては、Ｓｉ基板上に自然に形成されているＳｉＯ₂ 膜上にポリマ導波路を作製し、その後、ポリマ導波路が作製されたＳｉ基板をフッ酸水溶液に浸漬してＳｉＯ₂ 膜を溶かすことで、ポリマ光導波路からＳｉ基板を剥離してフィルム状ポリマ光導波路を形成する方法がある（特許文献１参照）。

また、基板上にＣｕ膜を作製し、そのＣｕ膜上にポリマ光導波路を作製した後、塩酸等によりＣｕ膜を溶かすことで、ポリマ光導波路から基板を剥離してフィルム状ポリマ光導波路を形成する方法もある（特許文献２参照）。

さらに、シールのように導波路をＳｉ基板から剥離するという方法もある。

特開２００１−１１６９４１号公報特開平８−３０４６５０号公報

しかしながら、従来の製造方法は、基板とポリマ光導波路の境界面を形成するＳｉＯ₂ 膜やＣｕ膜を溶かすのに時間がかかるという問題がある。したがって、フィルム状ポリマ光導波路の製造に時間がかかり、ひいては製造コストも高くなる。

また、境界面を溶かして基板を剥離するために用いる液体がフッ酸水溶液や塩酸なので、その取り扱いが困難である。

さらに、これらのものを用いずに、シールのように導波路を剥離する方法もあるが、導波路を傷つけてしまったり、導波路が剥離しやすいようになっているため、導波路をダイシングで精度よく切断して作製するのが難しいという問題がある。

そこで、本発明の目的は、安価にフィルム状ポリマ光導波路を製造できるポリマ光導波路の製造方法及びポリマ光導波路を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、基板上に熱可塑性樹脂層を設け、その熱可塑性樹脂層上にそれぞれポリマからなるアンダークラッド層、コア、オーバークラッド層を順次形成した後、上記熱可塑性樹脂層を加熱して軟化させ、上記基板を剥離して作製するポリマ光導波路の製造方法である。

請求項２の発明は、基板上に液状で未硬化の熱可塑性樹脂を塗布し、その熱可塑性樹脂を硬化して上記熱可塑性樹脂層を形成する請求項１記載のポリマ光導波路の製造方法である。

請求項３の発明は、基板上に熱可塑性樹脂層を設ける前に、基板上にシランカップリング剤を塗布する請求項１または２記載のポリマ光導波路の製造方法である。

請求項４の発明は、上記基板を剥離した後、上記アンダークラッド層に付着している熱可塑性樹脂を溶剤で除去する請求項１〜３いずれかに記載のポリマ光導波路の製造方法である。

請求項５の発明は、上記熱可塑性樹脂層は、融点が８０℃以上の熱可塑性樹脂で形成される請求項１〜３いずれかに記載のポリマ光導波路の製造方法である。

請求項６の発明は、上記アンダークラッド層、上記コア、上記オーバークラッド層は、架橋構造を有するポリマ、あるいは熱可塑性樹脂よりも高い融点のポリマからなる請求項１〜５いずれかに記載のポリマ光導波路の製造方法である。

請求項７の発明は、請求項１〜６いずれかに記載した製造方法を用いて作製したポリマ光導波路である。

本発明によれば、基板を剥離するために用いる材料の取り扱いが容易であり、かつ安価にフィルム状ポリマ光導波路を製造できるという優れた効果を発揮する。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の好適な実施の形態を示すポリマ光導波路の断面図である。

図１に示すように、本実施の形態に係るポリマ光導波路１は、アンダークラッド（下部クラッド）層２と、そのアンダークラッド層２上に形成されるコア３と、アンダークラッド層２の上部とコア３とを覆うオーバークラッド（上部クラッド）層４とで構成されるフィルム状（フィルム型）ポリマ光導波路である。

アンダークラッド層２、コア３、オーバークラッド層４は、それぞれポリマからなる。本実施の形態では、ポリマとして、ＵＶ（紫外線）硬化性アクリル系（架橋タイプ）で、ガラス転移温度Ｔｇが１２０℃の架橋構造を有するポリマを用いた。架橋構造を有するポリマを用いたのは、耐溶剤性や耐熱性が高いからである。コア３の屈折率は、アンダークラッド層２やオーバークラッド層４の屈折率よりも高くする。

本実施の形態では、アンダークラッド層２の厚さを２０μｍ、横断面が矩形状のコア３の径を６０μｍ（コア幅ｗ：６０μｍ、コア高さｈ３：６０μｍ）、コア３の表面からオーバークラッド層４の表面までの厚さｈ４を２０μｍとした。なお、導波路のサイズに特に制限はなく、自由に設計可能である。

ポリマとしては、例えば、フッ素化アクリル系、エポキシ系、感光性ポリイミド系などのポリマを用いてもよい。

次に、ポリマ光導波路１の製造方法を説明する。

まず、基板２１を用意する（図２（ａ））。基板２１としては、鏡面仕上げをした金属基板、石英ガラス基板、Ｓｉ基板などを用いる。この基板２１上に熱可塑性樹脂層（膜）２２を設ける（図２（ｂ））。

ここで、基板２１上に熱可塑性樹脂層２２を設ける方法の一例を図３（ａ）〜図３（ｃ）を用いて説明する。

まず、基板２１上に熱可塑性樹脂層２２を設ける前に、基板２１上にシランカップリング剤ｃを塗布し、基板２１の表面処理を行う（図３（ａ））。表面処理した基板２１上に、スピンコート法により、液状で未硬化の熱可塑性樹脂ｒを塗布し、塗布した熱可塑性樹脂ｒを硬化させる（図３（ｂ））。

なお、熱可塑性樹脂ｒはモノマ、オリゴマを含む液状物が望ましいが、ポリマとなっている熱可塑性樹脂だけを溶剤に溶かして塗布し、塗布後溶剤を加熱蒸発させて熱可塑性樹脂層２２を形成してもよい。

本実施の形態では、熱可塑性樹脂ｒとして、ＵＶ硬化性アクリル系（架橋構造なし）で、融点が４０℃の熱可塑性樹脂を用いた。架橋構造を有しないＵＶ硬化性の熱可塑性樹脂を用いたのは、固まりが早く、しかも熱可塑性樹脂層２２の形成が容易だからである。

この場合、液状の熱可塑性樹脂ｒを塗布した後、上方から熱可塑性樹脂ｒに紫外線Ｌを照射し、塗布した熱可塑性樹脂ｒを硬化して熱可塑性樹脂層２２を形成する（図３（ｃ））。

熱可塑性樹脂ｒは、モノマあるいはオリゴマを含んだ状態で基板２１上に塗布されるので、未反応基が残っており、硬化（ポリマー化、あるいは樹脂化）する際、シランカップリング剤ｃとくっつきやすい。これにより、熱可塑性樹脂ｒとシランカップリング剤ｃが化学的に結合しやすいので、基板２１と熱可塑性樹脂ｒの接着性が向上し、基板２１から熱可塑性樹脂層２２がはがれにくくなる。

熱可塑性樹脂層２２の厚さは、１〜５０μｍ程度で薄い方がよい。これは、１μｍ未満であると、基板２１と熱可塑性樹脂層２２との接着性が低下し、５０μｍを超えると、スピンコート法を用いて均一な層が形成できないからである。本実施の形態では、熱可塑性樹脂層２２の厚さを１０μｍにした。

熱可塑性樹脂ｒとしては、例えば、スチレン・ブタジエン系、ポリオレフィン系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリ塩化ビニル系、フッ素化アクリル系などの熱可塑性樹脂を用いてもよい。この場合、液状の熱可塑性樹脂ｒを塗布した後、塗布した熱可塑性樹脂ｒを硬化して熱可塑性樹脂層２２を形成する。

材料の組み合わせの一例として、フッ素系のポリマを用いて図１のポリマ光導波路１を作製する場合には、接着性を考慮して、フッ素系の熱可塑性樹脂ｒを用いる。

また、熱可塑性樹脂ｒとしては、アンダークラッド層２の材料と接着性がよい材料を用いる方が望ましい。基板２１と熱可塑性樹脂ｒの接着性がよい場合には、図３（ａ）のシランカップリング剤ｃを塗布する工程を省略してもよい。

次に、図２に戻り、直接露光法を用いて図１に示したコア３を形成する。熱可塑性樹脂層２２を形成した後、その熱可塑性樹脂層２２上にアンダークラッド層２を形成し（図２（ｃ））、そのアンダークラッド層２上にコア材料２３を塗布する（図２（ｄ））。

コア材料２３を塗布した後、コア材料２３の上方に、コア３と同じ形状のパターンが形成されたマスク２４を配置し、そのマスク２４の上方からコア材料２３に紫外線Ｌを照射する（図２（ｅ））。その後、紫外線Ｌが照射されなかったコア材料２３を、コア現像液でエッチングして除去する。紫外線Ｌが照射されたコア材料２３は硬化するため、コア現像液でエッチングされずにコア３となる。本実施の形態では、コア現像液としてアセトンを用いた。

コア現像液としては、例えば、酢酸ブチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコール、トルエン、キシレンなどを用いてもよい。

コア３を形成した後、アンダークラッド層２の上部とコア３とを覆うようにオーバークラッド層４を形成してポリマ光導波路１を形成し、さらに、ダイシング等を行って所定形状に加工する（図２（ｆ））。

そして、熱可塑性樹脂ｒの融点以上の温度に全体（基板２１、熱可塑性樹脂層２２、アンダークラッド層２、コア３、オーバークラッド層４）を加熱する熱処理を行うことで熱可塑性樹脂層２２を軟化させ、ポリマ光導波路１から基板２１を剥離する。すなわち、基板２１とポリマ光導波路１とを分離する（図２（ｇ））。本実施の形態では、熱処理時の温度を６０℃とした。ここで、ダイシングを行う前に熱可塑性樹脂ｒを溶かし、ポリマ光導波路１から基板２１を剥離後、ポリマ光導波路１を任意のサイズにカットしてもかまわない。

基板２１を剥離した後、アンダークラッド層２の底面に付着している熱可塑性樹脂ｒを熱可塑性樹脂洗浄用の有機溶剤で溶かして（洗浄して）除去すると、図１に示したフィルム状ポリマ光導波路１が得られる（図２（ｈ））。

ここで用いる有機溶剤は、ポリマ光導波路１を溶解せず、熱可塑性樹脂ｒのみを溶かすものである。本実施の形態では、有機溶剤としてアセトンを用いた。

有機溶剤としては、例えば、酢酸ブチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコール、トルエン、キシレンなどを用いてもよい。

本実施の形態の作用を説明する。

本実施の形態に係る製造方法は、まず、基板２１上に熱可塑性樹脂層２２を設け、その熱可塑性樹脂層２２上にポリマ光導波路１を形成する。その後、熱可塑性樹脂ｒの融点以上の温度に熱可塑性樹脂層２２を加熱することにより、熱可塑性樹脂層２２を軟化させ、ポリマ光導波路１から基板２１を剥離してフィルム状ポリマ光導波路１を作製する。

基板２１を剥離する際は、熱可塑性樹脂層２２が軟化して基板２１と熱可塑性樹脂層２２間、および熱可塑性樹脂層２２とアンダークラッド層２間の接着力が弱まるため、基板２１を容易に剥離できる。

基板２１を剥離するために用いる材料は熱可塑性樹脂ｒなので、取り扱いが容易である。また、基板２１上に液状で未硬化の熱可塑性樹脂ｒを塗布し、その熱可塑性樹脂ｒを硬化することで、熱可塑性樹脂層２２を短時間で容易に形成できる。しかも、熱可塑性樹脂層２２は加熱すれば短時間で容易に軟化する。したがって、フィルム状のポリマ光導波路１の製造時間を短縮でき、ひいては安価にポリマ光導波路１を製造できる。

基板２１を剥離した後にアンダークラッド層２の底面に付着している熱可塑性樹脂ｒは、除去しなくてもよい。この場合、熱可塑性樹脂層２２を、融点が８０℃以上の熱可塑性樹脂ｒで形成することが望ましい。

熱可塑性樹脂ｒの融点が８０℃以上であれば、作製したポリマ光導波路１に熱可塑性樹脂ｒが残っても、一般的な使用温度範囲（８０℃未満）において熱可塑性樹脂ｒが溶け出さず、ポリマ光導波路１やその周辺の部品を汚さないからである。また、熱可塑性樹脂ｒの融点は、ポリマ光導波路１が劣化しない温度以下、例えば、１２０℃以下であることが望ましい。

上記実施の形態では、ポリマ光導波路１の材料として、耐溶剤性、耐熱性を考慮して架橋構造を有するポリマを用いた例で説明したが、ポリマ光導波路１の材料としては、熱可塑性樹脂ｒよりも高い融点のポリマを用いてもよい。これにより、上述した熱処理時においても、ポリマ光導波路１の劣化を防止できる。

また、上記実施の形態では、直接露光法を用いてコア３を形成する例で説明したが、金型、あるいはＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いてコア３を形成してもよい。

金型を用いる場合は、図２（ａ）〜図２（ｃ）の工程後、図４（ａ）に示すように、アンダークラッド層２上に、コア３と同じ形状のパターンの注入溝４２を有する紫外線に対して透明な金型４１を配置し、注入溝４２にコア材料２３を注入する。その後、図４（ｂ）に示すように、金型４１の上方からコア材料２３に紫外線Ｌを照射し、注入したコア材料２３を硬化させてコア３を形成する。基板２１、熱可塑性樹脂層２２、アンダークラッド層２が紫外線に対して透明な場合には、基板２１の底面側からコア材料２３に紫外線を照射してもよい。

本実施の形態に係るポリマ光導波路１は、例えば、光導波路を有する光回路基板を積層し、積層した光導波路の端部同士を接続する光導波路として使用される。

また、ポリマ光導波路１は、入射した光を９０°変換させて出射する９０°変換光導波路として使用してもよい。この場合、ガラスを用いた光導波路では必要であったミラーが不要になるという利点がある。

ポリマ光導波路１は、ＶＯＡ（光可変減衰器）、光カプラ、ＣＷＤＭ（粗波長多重分割）方式のＡＷＧ（アレイ導波路回折格子）としても使用される。ポリマ光導波路１はシングルモードでも、マルチモードでもよい。

本発明の好適な実施の形態を示すポリマ光導波路の断面図である。図２（ａ）〜図２（ｈ）は、本発明の好適な実施の形態であるポリマ光導波路の製造工程の一例を示す断面図である。図３（ａ）〜図３（ｃ）は、熱可塑性樹脂層を形成する方法の一例を示す断面図である。図４（ａ）および図４（ｂ）は、コアを形成する方法の一例を示す断面図である。

符号の説明

１ポリマ光導波路
２アンダークラッド層
３コア
４オーバークラッド層
２１基板
２２熱可塑性樹脂層
ｒ熱可塑性樹脂

Claims

基板上に熱可塑性樹脂層を設け、その熱可塑性樹脂層上にそれぞれポリマからなるアンダークラッド層、コア、オーバークラッド層を順次形成した後、上記熱可塑性樹脂層を加熱して軟化させ、上記基板を剥離して作製することを特徴とするポリマ光導波路の製造方法。
基板上に液状で未硬化の熱可塑性樹脂を塗布し、その熱可塑性樹脂を硬化して上記熱可塑性樹脂層を形成する請求項１記載のポリマ光導波路の製造方法。
基板上に熱可塑性樹脂層を設ける前に、基板上にシランカップリング剤を塗布する請求項１または２記載のポリマ光導波路の製造方法。
上記基板を剥離した後、上記アンダークラッド層に付着している熱可塑性樹脂を溶剤で除去する請求項１〜３いずれかに記載のポリマ光導波路の製造方法。
上記熱可塑性樹脂層は、融点が８０℃以上の熱可塑性樹脂で形成される請求項１〜３いずれかに記載のポリマ光導波路の製造方法。
上記アンダークラッド層、上記コア、上記オーバークラッド層は、架橋構造を有するポリマ、あるいは熱可塑性樹脂よりも高い融点のポリマからなる請求項１〜５いずれかに記載のポリマ光導波路の製造方法。
請求項１〜６いずれかに記載した製造方法を用いて作製したことを特徴とするポリマ光導波路。