JP5749068B2 - 光路変換機能を有する光導波路の製造方法 - Google Patents
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これは、高分子材料が、スピンコート法やディップ法等により薄膜形成が容易であり、大面積の光学部品の作製が容易であること、成膜に際して高温での熱処理工程が不要であり、半導体基板やプラスチック基板等の、高温での熱処理が困難な基板上に、光導波路の作製が可能であること、高分子の柔軟性や強靱性を生かしたフレキシブルな光導波路の作製が可能であること等の利点によるものである(例えば、特許文献1参照)。
また、特許文献2に記載されているような、レーザーアブレーションによる加工方法では、平滑な加工面を形成することができる材料に制限があり、加工中の除去物による壁面ダメージが発生して平滑面を確保することが難しいという課題があった。
また、特許文献2〜4に記載された方法は、何れも、光導波路を製造してから光路変換ミラー面を形成するため、光路変換機能を有する光導波路を基板上に直接、形成することができず、工程が煩雑になるという課題があった。
このため、微細な加工が可能で、面精度が高い、光路変換機能を有する光導波路を、簡略な工程で基板上に直接形成できる製造方法が求められていた。
ポジ型感光性樹脂は、初期状態では現像液に対して難溶解性であるが、紫外線等のエネルギー線に露光されることにより現像液への溶解性が向上し、このような露光部分と非露光部分との現像液への溶解速度の差を利用してパターニングが行われる。
この現像工程では、現像液と長く接触することによりパターンの表面及びパターンの側面が溶解する「膜減り」と呼ばれる現象が起こることが知られている。
このような現像工程における非露光部分が溶解する現象は、「膜減り」と呼ばれているが、このような非露光部分の溶解は、非露光部分の上面だけでなく、露光部分の溶解除去により露出した非露光部分の側面でも起こる。
このため、非露光部の現像後の層の厚さが現像前よりも薄くなるだけでなく、現像後の非露光部の上部は下部よりもパターン幅が狭くなることとなる。
また、フォトレジストを使用した光導波路の製造では、コア部分をパターン形成で製造する場合が多く、クラッド部分をパターン形成で製造する場合は少ない。
本発明の製造方法が適用される光導波路は、光路となる芯状のコア部分の一部又は全部をクラッド部分で取り囲んだもので、コア部分は、通常、シート状又は板状である。光導波路は、コア部分及びクラッド部分の構造により、スラブ型、埋め込み型、半埋め込み型、リッジ型等に分類されるが、本発明の光導波路の製造方法ではいずれの構造の光導波路へも応用が可能である。
以下、本発明の光導波路の製造方法が好ましく使用される埋め込み型光導波路について説明するが、本発明は埋め込み型光導波路に限定されるものではない。
このような溶解は、非露光部分の上面だけでなく、露光部分の溶解により露出した非露光部分の側面でも発生する。
このため、非露光部分は下部に比べて上部の幅が狭くなり、非露光部分の側面は上面又は側面に対して垂直ではなく、側面と上面とのなす角が鈍角であり側面と底面とのなす角が鋭角であるような傾斜を有する。
本発明は、現像時に形成されるこのような非露光部分の側面の傾斜を光導波路の光路変換に利用したものであり、更に詳しくは、クラッド部分をポジ型感光性樹脂により形成する光導波路の製造方法において、該ポジ型感光性樹脂の現像工程における膜減りにより形成される傾斜面を光路変換ミラー面とするものである。
本発明の光導波路の製造方法により得られる光路変換ミラー面9の角度は、上述したように、光路が約90°に変換される角度、即ち、光路に対して約45°であることが好ましいが、このような角度を得るためには、非感光部分と感光部分との現像液に対する溶解速度を適度な範囲に設定する必要がある。
上記(A)成分として、上記ベース樹脂Aの30%PGMEA溶液、上記(B)成分として、2,4,6,8−テトラキス(3−グリシドキシプロピル)−2,4,6,8−テトラメチルシクロテトラシロキサン、上記(C)成分として、上記式(3)において全てのQが上記式(2)で表される基である化合物(ダイトーケミックス社製、商品名:PA−6)、及び上記(D)成分としてPGMEAを用いて、各成分が[表1]に示す割合になるように配合し、ポジ型感光性樹脂組成物である組成物1〜8を調製した。
縦25mm及び横25mmの正方形のガラス基板を試験片形成用基板に用いた。この試験片形成用基板に対し、上記のポジ型感光性樹脂組成物である組成物1〜8を、それぞれ乾燥後の層の厚さが10μmになるようスピンコート法により塗布した後、溶剤を揮発させ、更に80℃で2分間加熱処理し層中の溶剤を完全に除去した後、超高圧水銀灯により200mJ/cm2(波長365nm露光換算)の紫外線を照射した後、大気雰囲気下150℃で60分間の加熱処理を行い硬化させた。硬化面上に、硬化面と同一のポジ型感光性組成物を乾燥後の層の厚さ20μmになるようスピンコート法により塗布した後、溶剤を揮発させ、更に80℃で2分間加熱処理し層中の溶剤を完全に除去した。該層の上にスリット幅20μm、スリット長10mmのフォトマスクを設置し、超高圧水銀灯により70mJ/cm2(波長365nm露光換算)の紫外線を照射した。次に、この試験片を現像液である液温23℃の2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液に、70秒浸漬した後、水洗し、風乾した。風乾した試験片に超高圧水銀灯により200mJ/cm2(波長365nm露光換算)の紫外線を照射した後、大気雰囲気下150℃で60分間の加熱処理を行った。「膜減り」により形成された硬化物の傾斜面の、ガラス基板に対する角度を測定するために、試験片をパターンに対して垂直方向に切断し、走査型電子顕微鏡を用いて切断面を拡大し、ガラス基板と傾斜面との角度を測定した。結果を〔表1〕に示す。〔表1〕の結果から(C)成分の感光剤をベース樹脂A100質量部に対して、7質量部配合することにより、45°の傾斜角が得られることがわかった。このため、組成物4の配合をコア部形成用ポジ型感光性樹脂組成物として用いることとした。
特開2007−238868号公報の実施例の(A1)に準じて、ベース樹脂Bを合成した。即ち、撹拌器、温度計及び還流器を有する反応容器に、フェニルトリメトキシシラン178.5g(0.90mol)、3,4−エポキシシクロへキシルエチルトリメトキシシランを24.6g(0.10mol)、溶媒としてトルエン600gを仕込み、氷冷しながら0.032質量%のリン酸水溶液108gを5〜10℃を1時間かけて滴下した後、更に5時間撹拌した。2質量%の水酸化ナトリウム水溶液6.7gを加えた後、加熱してトルエンを還流させ、共沸により水を除去した。Si−OH基を封止するためにオルトギ酸トリエチル890g(6.0mol)を添加し、130℃で1時間加熱攪拌した。吸着剤(協和化学工業製 商品名:キョーワード600S)を45g加え、100℃で1時間加熱攪拌した。吸着剤を濾過して除去後、120℃、3mmHgにて揮発成分を除去し、トルエン45g、メタノール1000gを加えて2層分離して、下層を除去した。110℃、3mmHgにて揮発成分を除去し、エポキシ基を有するベース樹脂Bを得た。ベース樹脂Bのテトラヒドルフランを溶媒としたGPC分析によるポリスチレン換算の質量平均分子量は1800であり、1H−NMRによる分析の結果、シラノール基(Si−OH)は検出されなかった。また、電位差法により測定したエポキシ当量は、1428であった。
ベース樹脂B100質量部、2,2−ビス(3,4−エポキシシクロへキシル)プロパン80質量部、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート20質量部、触媒としてビス−[4−(ビス(4−ブトキシフェニル)スルホニオ)フェニル]スルフィドヘキサフルオロアンチモネート0.6質量部からなる組成物をコア部分形成用ネガ型感光性樹脂組成物として用いた。
図1(a)及び(a’)に示すように、縦25mm及び横25mmの正方形のガラス基板1上に、クラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂組成物として、上記組成物4を、乾燥後の層の厚さが30μmになるようスピンコート法により塗布した後、溶剤を揮発させ、更に80℃で2分間加熱乾燥し層中の溶剤を完全に除去し、クラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂組成物の層2を形成した。
図4(p)及び(p’)に示すように、コア部分形成用ネガ型感光性樹脂組成物の層7を、超高圧水銀灯により mJ/cm2(波長365nm露光換算)の紫外線5を照射して硬化させて、上記空洞部分にコア部分8を形成させて、光路変換機能を有する光導波路を完成した。
本発明の製造方法により得られた光導波路の光の挿入損失測定を評価するために、図5(A)に示すように光を挿入した場合の光の挿入損失を測定した。挿入損失測定はJPCA規格の「高分子光導波路の試験方法(JPCA-4PE02-05-1S-2008)」の挿入損失の測定方法に準拠した。なお、駿河精機社製の調芯機を用い、測定用光源としては、0.85μmのLED光源(アンリツ社製、型式:Stabirized Light Sоurce MG−93B)を使用した。50GIマルチモードファイバーで試験片の一方の端面(入射端)から光を入射し、試験片の他方の端面(出射端)から出射した光を200PCFファイバーで受光し、ファイバーで受けた光を光検出器(アンリツ社製、型式MU931422A)で計測した。測定の際、入射端、出射端にそれぞれ屈折率整合剤を使用した。
本発明の製造方法により得られた10本の光導波路の挿入損失の平均は3.5dBであり、優れた光路変換機能を有することが確認できた。
2 クラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂の層
3 クラッド部分
4 パターンマスク
5 紫外線
6 露光により現像液への溶解性が向上したクラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂の層
7 コア部分形成用ネガ型感光性樹脂の層
8 コア部分
9 光路変換ミラー面(傾斜面)
10 光の進路
Claims (3)
- クラッド部分をポジ型感光性樹脂により形成する光導波路の製造方法において、該ポジ型感光性樹脂の現像工程における膜減りにより形成される傾斜面を光路変換ミラー面とすることを特徴とする、光路変換機能を有する光導波路の製造方法(但し、上記膜減りは、ポジ型感光性樹脂の現像工程おいて、非露光部分が現像液に長時間接触することにより、非露光部分の溶解が起こる現象をいう。)。
- 上記ポジ型感光性樹脂として、ポリシロキサン系のポジ型感光性樹脂を用いる請求項1に記載の、光路変換機能を有する光導波路の製造方法。
- 上記クラッド部分により取り囲まれたコア部分をネガ型感光性樹脂により形成する請求項1又は2に記載の、光路変換機能を有する光導波路の製造方法。
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