JP2000095873A - Formation of polymer pattern - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、高分子パターン
の形成方法に関する。[0001] The present invention relates to a method for forming a polymer pattern.
【0002】[0002]
【従来の技術】通信分野においては、大容量通信を実現
するため、光を用いた通信ネットワークの構築が求めら
れている。このため、光導波路の開発が大きな課題とな
っている。2. Description of the Related Art In the field of communication, construction of a communication network using light is required to realize large-capacity communication. For this reason, development of an optical waveguide has been a major issue.
【0003】従来、光導波路の材料には、ガラスや無機
結晶材料が用いられていた。しかしながら、これらの材
料は高価で、しかも加工が困難であった。Conventionally, glass and inorganic crystal materials have been used as materials for optical waveguides. However, these materials are expensive and difficult to process.
【0004】そのため、近年、ガラスや無機結晶材料よ
りも、価格が安く加工の容易な例えばPMMA(ポリメ
チルメタクリレート)などの高分子材料(ポリマーとも
称する。)が用いられてきている。このような材料を用
いれば、これまでよりも面積が広くて可撓性に優れたフ
ィルム状の光導波路を形成することができる。また、機
能性化合物や官能基をこの高分子材料中に導入すること
によって機能性導波路を形成することができる。Therefore, in recent years, a polymer material (also referred to as a polymer) such as PMMA (polymethyl methacrylate), which is cheaper and easier to process than glass or an inorganic crystal material, has been used. By using such a material, it is possible to form a film-shaped optical waveguide having a larger area and higher flexibility than before. Further, a functional waveguide can be formed by introducing a functional compound or a functional group into the polymer material.
【0005】このような光導波路を形成するためには、
高分子材料を所望のパターン形状に加工して、高分子パ
ターンを形成する方法が不可欠である。そのような方法
として、酸素プラズマを用いた反応性エッチング(RI
E)法が主として用いられていた。[0005] In order to form such an optical waveguide,
A method of processing a polymer material into a desired pattern shape to form a polymer pattern is indispensable. One such method is reactive etching using oxygen plasma (RI
The E) method was mainly used.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このR
IE法に用いる装置は高価であり、しかも高度な操作技
術が要求されるという問題点があった。また、エッチン
グ処理を行う前に、予めリソグラフィ法を用いてエッチ
ングされるポリマー上にパターン形状に対応したエッチ
ングマスクを形成しておく必要があるという問題点があ
った。以下、具体的に説明する。However, this R
The apparatus used for the IE method is expensive, and there is a problem that an advanced operation technique is required. In addition, there is a problem that an etching mask corresponding to a pattern shape needs to be formed on a polymer to be etched by a lithography method before performing an etching process. Hereinafter, a specific description will be given.
【0007】RIE法を用いることにより、ポリマーを
所望のパターン形状に加工して、高分子光導波路のコア
として高分子パターンを形成するためには、例えば図3
に概略的に示すような工程を経る必要がある。なお、図
3は、RIE法を用いて高分子パターンを形成するため
の主要な工程を順に示している概略的な断面図である。In order to form a polymer pattern as a core of a polymer optical waveguide by processing a polymer into a desired pattern shape by using the RIE method, for example, FIG.
It is necessary to go through the steps schematically shown in FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view sequentially showing main steps for forming a polymer pattern by using the RIE method.
【0008】まず、下地101上に、下側クラッドとし
ての高分子膜103aと、コア形成用の高分子膜103
bと、エッチングマスク形成のためのフォトレジスト膜
105とを、この順に形成する(図3(A))。First, a polymer film 103a as a lower clad and a polymer film 103 for forming a core are formed on an underlayer 101.
b and a photoresist film 105 for forming an etching mask are formed in this order (FIG. 3A).
【0009】次に、このフォトレジスト膜105を加工
して所望のパターン形状に対応するエッチングマスクを
得るために、該パターン形状に対応するフォトマスク1
07を介してフォトレジスト膜105を選択的に露光す
る。これによりフォトレジスト膜105内にパターン潜
像109が形成される(図3(B))。露光済みのフォ
トレジスト膜105を現像してレジストパターン105
xを得る(図3(C)。ここではネガ型レジストを用い
た例を示している。)。Next, in order to process the photoresist film 105 to obtain an etching mask corresponding to a desired pattern shape, a photomask 1 corresponding to the pattern shape is formed.
07, the photoresist film 105 is selectively exposed. Thus, a pattern latent image 109 is formed in the photoresist film 105 (FIG. 3B). The exposed photoresist film 105 is developed to form a resist pattern 105
x is obtained (FIG. 3C. Here, an example using a negative resist is shown).
【0010】次に、このレジストパターン105xをエ
ッチングマスク105xとして用いて、酸素をエッチン
グガスとするRIEを行って、エッチングマスク105
xから露出している高分子膜103bの部分を取り除
く。ついで、エッチングマスク105xを除去する。こ
れにより、下側クラッド103a上に高分子膜103b
の残存部分からなる高分子光導波路のコア103xが形
成される(図3(D))。Next, using this resist pattern 105x as an etching mask 105x, RIE using oxygen as an etching gas is performed to form an etching mask 105x.
The portion of the polymer film 103b exposed from x is removed. Next, the etching mask 105x is removed. Thereby, the polymer film 103b is formed on the lower clad 103a.
The core 103x of the polymer optical waveguide composed of the remaining portion is formed (FIG. 3D).
【0011】更に、高分子膜103bのエッチングされ
た部分を埋めるように、上側クラッドとしての高分子膜
111を形成することにより、高分子光導波路113が
形成される(図3(E))。Further, a polymer optical waveguide 113 is formed by forming a polymer film 111 as an upper clad so as to fill the etched portion of the polymer film 103b (FIG. 3E).
【0012】この図3を用いた説明から明らかなよう
に、RIE法を用いてパターンを形成する場合、パター
ン形成に要する工程数が多く、時間もかかる。As is clear from the description with reference to FIG. 3, when a pattern is formed by using the RIE method, the number of steps required for forming the pattern is large and it takes time.
【0013】このため、安価に、かつ容易に高分子(ポ
リマー、重合体)のパターンを形成する方法の出現が望
まれていた。Therefore, it has been desired to develop a method for forming a pattern of a polymer (polymer, polymer) easily and inexpensively.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】そこで、この発明にかか
る発明者等は、ラジカル発生剤およびラジカル重合性モ
ノマーを含む基材に光を照射するとこの基材内の被照射
部分でラジカルが生じ、このラジカルにラジカル重合性
モノマーが付加および重合することにより、ラジカル重
合性モノマーの重合が生じるという点に着目し、この発
明を完成するに至った。In view of the above, the present inventors have proposed that when a substrate containing a radical generator and a radical polymerizable monomer is irradiated with light, radicals are generated in an irradiated portion of the substrate, The present invention has been completed by paying attention to the fact that the radical polymerizable monomer is added and polymerized to the radical, thereby causing polymerization of the radical polymerizable monomer.
【0015】したがって、この発明の高分子パターンの
形成方法によれば、ラジカル重合性モノマーおよびラジ
カル発生剤を含む基材の高分子パターン形成予定領域に
光を照射することにより、このラジカル発生剤からラジ
カルを発生させてラジカル重合性モノマーを重合させ、
その高分子パターン形成予定領域にラジカル重合性モノ
マーの重合体を形成する工程を含むことを特徴とする。Therefore, according to the method for forming a polymer pattern of the present invention, a region where a polymer pattern is to be formed on a substrate containing a radical polymerizable monomer and a radical generator is irradiated with light, so that the radical generator is Generate radicals to polymerize radical polymerizable monomers,
The method includes a step of forming a polymer of a radical polymerizable monomer in the region where the polymer pattern is to be formed.
【0016】なお、高分子パターン形成予定領域とは、
基材の表皮部分を含む内部の領域であって高分子パター
ンを形成する予定の領域のことである。高分子パターン
を形成することができる領域は、具体的には、基材の、
光が及ぶ領域であって、この光によってラジカル発生剤
からラジカルを発生させることのできる領域と、その近
傍と考えられる。The polymer pattern forming region is defined as
This is an area inside the skin including the skin portion of the base material where the polymer pattern is to be formed. The region where the polymer pattern can be formed is, specifically,
This is considered to be a region where light reaches, a region where radicals can be generated from the radical generator by this light, and its vicinity.
【0017】また、この発明でいう基材とは、高分子パ
ターンを形成したい種々のものをいう。典型的には、第
1の材料(以下、母材ともいう。)と、ラジカル重合性
モノマーとラジカル発生剤とからなる、基板または層と
できる。第1の材料は、無機材料、有機材料いずれでも
良いが、好ましくは有機材料、より好ましくは高分子材
料が良い。また、基材を層とする場合、該層は任意好適
な下地の上に形成するのが良い。下地としては、シリコ
ン基板等の半導体基板、ガラス基板、セラミックス基
板、高分子材料の基板など任意とできる。他の光部品や
電子部品が形成されている中間体が下地であっても良
い。なお、第1の材料は単一の材料に限られない。二種
以上の材料を混合する場合があっても良い。Further, the term "substrate" as used in the present invention refers to various substrates on which a polymer pattern is desired to be formed. Typically, it can be a substrate or layer composed of a first material (hereinafter, also referred to as a base material), a radical polymerizable monomer and a radical generator. The first material may be an inorganic material or an organic material, but is preferably an organic material, and more preferably a polymer material. When the substrate is a layer, the layer is preferably formed on any suitable base. As the base, any semiconductor substrate such as a silicon substrate, a glass substrate, a ceramic substrate, a substrate of a polymer material, or the like can be used. An intermediate on which other optical components or electronic components are formed may be the base. Note that the first material is not limited to a single material. Two or more materials may be mixed.
【0018】この構成によれば、ラジカル重合性モノマ
ーおよびラジカル発生剤を含む基材の高分子パターン形
成予定領域に光を照射すると、光が照射された被照射部
分に、このラジカル重合性モノマーの重合体が生じる。
したがって、基材中に任意の形状(典型的には、平面形
状)の高分子部分が生じるので、これによって高分子パ
ターンが得られる。また、典型的には後述の例のよう
に、この基材内に、基材とは異なる屈折率領域としての
高分子パターンを形成することができる。このように、
ラジカル重合性モノマーおよびラジカル発生剤を含む基
材に光を照射するだけで、高分子パターンを形成するこ
とができる。そのため、従来のRIE法などのような煩
雑な工程を経ることなく、少ない工程数で、かつ、より
短い時間で高分子パターンを形成することができる。According to this configuration, when light is irradiated to the region where the polymer pattern is to be formed on the base material containing the radical polymerizable monomer and the radical generator, the irradiated portion of the substrate is irradiated with the light. A polymer forms.
Accordingly, a polymer portion having an arbitrary shape (typically, a planar shape) is generated in the base material, and a polymer pattern is obtained by this. Typically, a polymer pattern as a refractive index region different from the base material can be formed in the base material as in the example described later. in this way,
A polymer pattern can be formed only by irradiating the substrate containing the radical polymerizable monomer and the radical generator with light. Therefore, the polymer pattern can be formed in a small number of steps and in a shorter time without going through complicated steps such as the conventional RIE method.
【0019】また、この発明の実施に当たり、より好適
には、前述の重合体を形成済みの基材中に残存するラジ
カル重合性モノマーを除去する工程を実施するのが良
い。この構成によれば、高分子パターンが形成されたの
ちの基材から、前述の重合に寄与することなく未反応の
まま基材中に残存したラジカル重合性モノマーを除去で
きる。それにより、高分子パターン形成済みの基材にお
いて、未反応モノマーの重合による特性の変化を抑制す
ることができる。一般的に、ラジカル重合性モノマー
は、その開始反応を発生させるためにラジカルを必要と
するが、ラジカル以外によるエネルギー、すなわち熱や
光などのエネルギーによっても少しずつ重合反応が進行
する。したがって、未反応モノマーを除去しない場合、
高分子パターンの特性の変化、典型的には、パターンの
形状の変化が生じてしまう場合がある。また、同時に未
反応のラジカル発生剤が除去される場合があっても良
い。In practicing the present invention, it is more preferable to carry out a step of removing the radical polymerizable monomer remaining in the base material on which the polymer has been formed. According to this configuration, the radical polymerizable monomer remaining unreacted in the substrate without contributing to the above-described polymerization can be removed from the substrate after the polymer pattern is formed. Thereby, in the base material on which the polymer pattern has been formed, a change in characteristics due to the polymerization of the unreacted monomer can be suppressed. Generally, a radical polymerizable monomer requires a radical to initiate its initiation reaction, but the polymerization reaction progresses little by little due to energy other than the radical, that is, energy such as heat or light. Therefore, if the unreacted monomer is not removed,
A change in the characteristics of the polymer pattern, typically, a change in the shape of the pattern may occur. Further, the unreacted radical generator may be removed at the same time.
【0020】ここで、このような未反応モノマーを除去
する方法としては、例えば、高分子パターン形成済みの
基材を、減圧した雰囲気中に設置して、基材および形成
された重合体を破壊しない程度に加熱することにより行
えばよい。Here, as a method for removing such unreacted monomers, for example, a substrate on which a polymer pattern has been formed is placed in a reduced-pressure atmosphere to destroy the substrate and the formed polymer. It may be carried out by heating to such an extent that it does not.
【0021】また、この発明の実施に当たり、より好適
には、前述の基材の母材を、少なくとも前述の光を吸収
しない材料とするのがよい。In practicing the present invention, it is more preferable that the base material of the above-described base material is at least a material that does not absorb light.
【0022】この構成によれば、ラジカル発生剤からラ
ジカルを発生させることのできる波長帯域の光に対し
て、この母材が吸収をもたない。それにより、この母材
(第1の材料)からなる基材は、ラジカル発生剤からラ
ジカルを発生させることのできる光に対して光透過性を
有する。したがって、基材の表面から深い領域にも光が
到達することができ、その領域に高分子パターンを形成
することができる。According to this configuration, the base material does not absorb light in a wavelength band in which radicals can be generated from the radical generator. Thereby, the base material made of the base material (first material) has a light transmitting property with respect to light capable of generating radicals from the radical generator. Therefore, light can reach a deep region from the surface of the base material, and a polymer pattern can be formed in that region.
【0023】また、例えば、母材がラジカル発生剤から
ラジカルを発生させることのできる光に対して吸収を有
していることにより、その母材から形成された基材がそ
の光を透過しない場合でも、この光の照射によって、基
材の表皮に近い内部の領域においてラジカルを発生させ
ることができる。Further, for example, when the base material formed of the base material does not transmit the light because the base material has absorption for light capable of generating radicals from the radical generator. However, by this light irradiation, radicals can be generated in an inner region near the skin of the base material.
【0024】また、この発明の実施に当たり、より好適
には、前述の光を紫外線とするのが良い。一般的に知ら
れているラジカル発生剤としては、このように紫外線で
ラジカルを発生させるものが多いためである。そのた
め、この構成によれば、効率的にラジカル発生剤からラ
ジカルを発生させることができる。In practicing the present invention, it is more preferable that the above-mentioned light is ultraviolet light. This is because there are many generally known radical generators that generate radicals with ultraviolet rays. Therefore, according to this configuration, radicals can be efficiently generated from the radical generator.
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】以下、高分子パターンの形成方法
の発明の実施の形態につき、図1を参照して説明する。
なお、図中、各構成成分の大きさ、形状および配置関係
は、この発明を理解できる程度に概略的に示してあるに
過ぎない。また、各図において同様な構成成分について
は、同一の番号を付して示し、その重複する説明を省略
することがある。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the invention of a method for forming a polymer pattern will be described below with reference to FIG.
In the drawings, the size, shape, and positional relationship of each component are only schematically shown to an extent that the present invention can be understood. In each drawing, the same components are denoted by the same reference numerals, and overlapping description may be omitted.
【0026】図1は、この発明の高分子パターンの形成
方法を用いて、高分子パターンを形成する一形態を説明
する工程図である。なお、図1は、高分子パターンの主
要な形成工程を断面によって示した図である。また、図
示例では、基材51が、ラジカル発生剤からラジカルを
発生させる光に対して、光透過性を有しているものを示
している。しかしながら、基材51が、その光に対して
光透過性を有していない場合についても併せて説明す
る。FIG. 1 is a process diagram illustrating one embodiment of forming a polymer pattern by using the method for forming a polymer pattern of the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main process of forming a polymer pattern. In the illustrated example, the base member 51 has a light transmitting property with respect to light for generating radicals from the radical generator. However, the case where the base material 51 does not have light transmittance for the light will also be described.
【0027】この高分子パターンの形成方法の発明で
は、先ず、ラジカル重合性モノマー53およびラジカル
発生剤55を含む基材51を用意する(図1(A))。In the invention of the method for forming a polymer pattern, first, a substrate 51 containing a radical polymerizable monomer 53 and a radical generator 55 is prepared (FIG. 1A).
【0028】このような基材51を得るためには、例え
ば、基材の母材となる第1の材料に適当な溶媒を加える
等により液体状とし、これにラジカル重合性モノマーお
よびラジカル発生剤を混入して基材形成溶液を調製す
る。そののち、適当な基板上に、この基材形成溶液を塗
布し、乾燥させて固体化させればよい。あるいは、ラジ
カル重合性モノマーおよびラジカル発生剤を含んでいな
い基材、すなわち、第1の材料からなる基材に対して、
気相または液相にてラジカル重合性モノマーおよびラジ
カル発生剤を拡散させればよい。例えば、液相にて拡散
を行う場合は、ラジカル発生剤およびラジカル重合性モ
ノマーを適当な溶媒に溶かして拡散用溶液を形成する。
そののち、この拡散用溶液に第1の材料からなる基材を
浸漬することにより拡散させることができる。また、気
相にて拡散を行う場合は、例えば、容器中に、第1の材
料からなる基材と、ラジカル重合性モノマーおよびラジ
カル発生剤を入れる。この容器を密閉し、容器内を減圧
し、そしてラジカル重合性モノマーおよびラジカル発生
剤が気体となる程度に、これらを加熱し、これらを第1
の材料からなる基材中に拡散させればよい。なお、第1
の材料からなる基材は、ラジカル重合性モノマーおよび
ラジカル発生剤を拡散できるものであればよい。また、
基材形成用液を用いての基材形成、または、気相若しく
は液相からの拡散による基材の形成において、ラジカル
発生剤からラジカルを発生させる波長の光を遮蔽した状
態下で行うのが好適である(以上、図示せず)。In order to obtain such a base material 51, for example, the first material serving as the base material of the base material is made liquid by adding an appropriate solvent or the like, and the first material is mixed with a radical polymerizable monomer and a radical generator. To prepare a substrate forming solution. After that, the substrate forming solution may be applied to an appropriate substrate, dried and solidified. Alternatively, for a substrate that does not contain a radical polymerizable monomer and a radical generator, that is, for a substrate made of the first material,
The radical polymerizable monomer and the radical generator may be diffused in a gas phase or a liquid phase. For example, when diffusion is performed in a liquid phase, a radical generator and a radical polymerizable monomer are dissolved in an appropriate solvent to form a diffusion solution.
Thereafter, the substrate made of the first material can be diffused by immersing the substrate in the diffusion solution. When diffusion is performed in a gas phase, for example, a substrate made of the first material, a radical polymerizable monomer, and a radical generator are placed in a container. The container is sealed, the pressure in the container is reduced, and the radical polymerizable monomer and the radical generator are heated to such a degree that they become gaseous, and these are heated to the first.
What is necessary is just to diffuse into the base material which consists of said material. The first
The base material made of the above material may be any as long as it can diffuse the radical polymerizable monomer and the radical generator. Also,
In the formation of a substrate using a liquid for forming a substrate, or in the formation of a substrate by diffusion from a gaseous phase or a liquid phase, the formation is preferably performed in a state where light having a wavelength that generates radicals from a radical generator is shielded. It is suitable (not shown).
【0029】次に、基材51の高分子パターン形成予定
領域57に光を照射する。例えば、この高分子パターン
形成予定領域57への光の照射(露光)は、この高分子
パターン形成予定領域に対応した開口部を有するフォト
マスク59を、基材51の上に載せたのち行う(図1
(B))。Next, light is applied to the polymer pattern forming region 57 of the base material 51. For example, the irradiation (exposure) of light to the polymer pattern forming region 57 is performed after the photomask 59 having an opening corresponding to the polymer pattern forming region is placed on the base material 51 ( FIG.
(B)).
【0030】この光の照射によって、基材51が露光に
用いる光に対し透明な場合は、基材51の内部の領域に
まで光が達するため、その被照射領域(高分子パターン
形成予定領域57)に重合体が生じる(図1(C))。
図示例においては、光は一方の面から他方の面へ幅を変
えずに至っている。このように、基材が光に対して透明
な場合、重合体が基材51内に形成されることにより、
図1(C)に示すように、高分子(重合体)パターン6
1が形成される。また、この照射に用いる光は、紫外線
およびその近傍波長帯の光であるのが望ましい。なぜな
ら、一般にラジカル発生剤は紫外線によってラジカルを
発生させるものが多いためである。When the substrate 51 is transparent to the light used for exposure by this light irradiation, the light reaches the region inside the substrate 51, so that the region to be irradiated (the region 57 where the polymer pattern is to be formed) is irradiated. ) Produces a polymer (FIG. 1 (C)).
In the illustrated example, the light travels from one surface to the other without changing its width. Thus, when the base material is transparent to light, the polymer is formed in the base material 51,
As shown in FIG. 1C, a polymer (polymer) pattern 6
1 is formed. Further, it is desirable that the light used for this irradiation is ultraviolet light and light in a wavelength band near the ultraviolet light. This is because, in general, many radical generators generate radicals by ultraviolet rays.
【0031】ここで、基材51が露光に用いる光に対し
透明でない場合は、基材51の内部で光の吸収が生じる
ため、表皮近くの僅かな領域のみに光エネルギーが到達
する。そのため、この僅かな被照射領域とその近傍との
部分のみに重合体が形成される。If the substrate 51 is not transparent to the light used for exposure, light is absorbed inside the substrate 51, so that light energy reaches only a small area near the skin. For this reason, a polymer is formed only in the small irradiated area and the vicinity thereof.
【0032】また、高分子パターン61を形成したの
ち、この発明の好適な実施の形態として、未反応モノマ
ーの除去処理を行っても良い。すなわち、上述のように
高分子パターン61を形成したのち、未反応のまま基材
51内に残存したラジカル重合性モノマー53の除去処
理を行う(図1(D))。図示例においては、ラジカル
重合性モノマー53と共にラジカル発生剤55も同時に
除去されている。After the formation of the polymer pattern 61, the unreacted monomer may be removed as a preferred embodiment of the present invention. That is, after the polymer pattern 61 is formed as described above, the radical polymerizable monomer 53 remaining in the base material 51 without being reacted is removed (FIG. 1D). In the illustrated example, the radical generator 55 is also removed together with the radical polymerizable monomer 53.
【0033】この除去処理の方法は、既に説明したよう
に、例えば、高分子パターン形成済みの基材を、減圧し
た雰囲気中に設置して、形成された重合体および基材を
破壊しない程度に低温であって、かつ、基材から未反応
モノマーが揮発する程度に高温である温度に加熱するこ
とにより行えばよい。このように、未反応のラジカル重
合性モノマー53を除去することにより、高分子パター
ン61の構造や性質の経年的な変化を抑制することがで
きる。As described above, this removal treatment is performed, for example, by placing a substrate on which a polymer pattern has been formed in an atmosphere under reduced pressure so that the formed polymer and the substrate are not destroyed. It may be performed by heating to a temperature that is low and high enough to volatilize unreacted monomers from the substrate. As described above, by removing the unreacted radical polymerizable monomer 53, it is possible to suppress the secular change of the structure and properties of the polymer pattern 61.
【0034】以上説明した実施の形態においては、図に
示してあるように比較的薄い基材に対して、その表面に
平面的なパターンを形成している。このような高分子パ
ターンの典型的な利用例としては、光導波路やグレーテ
ィングなどが考えられる。In the embodiment described above, a flat pattern is formed on the surface of a relatively thin substrate as shown in the figure. Typical examples of the use of such a polymer pattern include an optical waveguide and a grating.
【0035】また、図示例のような薄い基材ではなく、
厚い基材に対して、高分子パターンを形成する場合があ
ってもよい。この基材の母材がラジカル発生剤からラジ
カルを発生させる光に対して実質的に吸収を持たないと
きに、例えば、ラジカル重合性モノマーおよびラジカル
発生剤を含む厚い基材を用意し、その厚さの方向に、収
束性を有する光を照射することにより、その光路に沿っ
てラジカルを発生させて、基材中に高分子パターンを形
成する方法がある。この収束性を有する光の発生にはレ
ーザーなどを用いることができると考えられる。このよ
うにして形成された高分子パターンの典型的な利用例と
しては、直線導波路などがある。Also, instead of the thin substrate as shown in the illustrated example,
A polymer pattern may be formed on a thick substrate. When the base material of the base material does not substantially absorb light that generates radicals from the radical generator, for example, a thick base material containing a radical polymerizable monomer and a radical generator is prepared, and the thickness of the base material is increased. There is a method in which a polymer pattern is formed in a base material by irradiating light having a converging property in the direction of the arrow to generate radicals along the optical path. It is considered that a laser or the like can be used to generate this convergent light. A typical application example of the polymer pattern formed in this way is a linear waveguide.
【0036】ここで、上述した基材の母材である第1の
材料、ラジカル重合性モノマーおよびラジカル発生剤の
それぞれの物質例を述べる。Here, examples of each of the first material, the radical polymerizable monomer, and the radical generator, which are the above-described base materials of the base material, will be described.
【0037】第1の材料としては、例えば、ポリメチル
メタクリレート(PMMA)、ポリカーボネイト、ポリ
ウレタン、ポリアクリレート、ポリアクリロニトリルな
どを用いることができる。これらの物質は、ラジカル発
生剤からラジカルを発生させる光に対して、実質的に吸
収をもたないため好適である。また、既に説明したよう
に、そのような光に対して吸収を有するポリマーも用い
ることができる。そのとき、基材の光が照射された面の
表皮とその近傍とに、高分子パターンが形成される。ま
た、このようなポリマー以外であっても、ラジカル重合
性モノマーおよびラジカル発生剤を均一に含ませること
ができれば、無機物質、有機物質に限らず、適用できる
と考えられる。As the first material, for example, polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate, polyurethane, polyacrylate, polyacrylonitrile and the like can be used. These substances are suitable because they substantially do not absorb light that generates radicals from the radical generator. As described above, a polymer having such light absorption can also be used. At that time, a polymer pattern is formed on the surface of the surface of the substrate irradiated with light and in the vicinity thereof. In addition, even if it is other than such a polymer, it is considered that the present invention is applicable not only to inorganic substances and organic substances, but also can be applied as long as the radical polymerizable monomer and the radical generator can be uniformly contained.
【0038】ラジカル重合性モノマーとしては、例え
ば、メチルメタクリレート、アクリロニトリル、メチル
アクリレートなどのラジカル重合性のモノマーを用いる
ことができる。基材がポリマーである場合、これらのラ
ジカル重合性モノマーを、基材を構成するポリマーのモ
ノマー(単量体)とすると、高分子パターンは、基材と
密度のみが異なるパターンとして形成することができ
る。すなわち、基材をポリマーとして形成し、かつ、ラ
ジカル重合性モノマーを該ポリマーの単量体となるラジ
カル重合性モノマーとして高分子パターンを形成する
と、屈折率などの性質を、ごく僅かだけ変化させた高分
子パターンを得ることができる。As the radical polymerizable monomer, for example, a radical polymerizable monomer such as methyl methacrylate, acrylonitrile, and methyl acrylate can be used. When the substrate is a polymer, if these radically polymerizable monomers are the monomers (monomers) of the polymer constituting the substrate, the polymer pattern can be formed as a pattern that differs only in density from the substrate. it can. That is, when the base material was formed as a polymer, and the radical polymerizable monomer was used as a radical polymerizable monomer to be a monomer of the polymer to form a polymer pattern, properties such as the refractive index were slightly changed. A polymer pattern can be obtained.
【0039】ラジカル発生剤としては、例えば、2,2
−ジメチル−2−フェニル−アセトフェノン(2,2−
dimethyl−2−phenyl−acetoph
enone)、ジアゾ化合物、チタノセンクロライド
(titanocenechloride)、ベンジル
(benzil)、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(1
−(4−isopropylphenyl)−2−hy
droxy−2−methylpropan−1−o
n)、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロ
パン−1−オン(2−hydroxy−2−methy
l−1−phenylpropan−1−on)、アゾ
イソブチルニトリル(azoisobutylnitr
il)などの、光によりラジカル化する物質を用いるこ
とができる。As the radical generator, for example, 2,2
-Dimethyl-2-phenyl-acetophenone (2,2-
dimethyl-2-phenyl-acetoph
eneone), diazo compound, titanocene chloride (titanocene chloride), benzyl (benzil), 1- (4-isopropylphenyl)
-2-Hydroxy-2-methylpropan-1-one (1
-(4-isopropenylphenyl) -2-hy
dropy-2-methylpropan-1-o
n), 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one (2-hydroxy-2-methythy)
1-1-phenylpropan-1-on), azoisobutylnitrile (azoisobutylnitritol)
A substance that is radicalized by light, such as il), can be used.
【0040】[0040]
【実施例】以下、この発明の実施例を、図2を参照して
さらに詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる使用
材料、使用装置、また、使用材料の使用量や工程中で述
べる温度、圧力、膜厚、露光条件、各部の寸法などの数
値的条件は、この発明の範囲内の一例に過ぎない。した
がって、この発明はこれら条件に何ら限定されるもので
はない。An embodiment of the present invention will be described below in more detail with reference to FIG. The materials used, the equipment used, and the numerical conditions such as temperature, pressure, film thickness, exposure conditions, dimensions of each part, and the like, which are described in the following description, are within the scope of the present invention. This is just one example. Therefore, the present invention is not limited to these conditions.
【0041】先ず、液体状のラジカル重合性モノマーお
よびラジカル発生剤を含む基材を以下の手順で用意し
た。基材の母材である第1の材料としての1.5gのP
MMAを、溶媒としての酢酸2−メトキシエチル(2−
Methoxyethyl Acetate)に、常温
で13時間にわたり撹拌して溶解させた。そののち、こ
の溶液をフィルターを用いてろ過した。ここでは、フィ
ルターとして0.45μm細孔径のPTFE(ポリテト
ラフルオロエチレン)膜を用いた。このろ過によって溶
液中のゴミや未溶解物を除去して、15重量%のPMM
A溶液を得た。First, a substrate containing a liquid radical polymerizable monomer and a radical generator was prepared by the following procedure. 1.5 g of P as the first material which is the base material of the base material
MMA was treated with 2-methoxyethyl acetate (2-
(Methylethyl Acetate) at room temperature for 13 hours with stirring. Thereafter, the solution was filtered using a filter. Here, a PTFE (polytetrafluoroethylene) membrane having a pore diameter of 0.45 μm was used as a filter. This filtration removes dust and undissolved matter in the solution and removes 15% by weight of PMM.
A solution was obtained.
【0042】次に、このPMMA溶液をシリコンウェハ
63上に、スピンコート法を用いて塗布した。このスピ
ンコート法の条件は、3000rpmで40秒間とし
た。スピンコートを行ったのち、シリコンウェハ63を
95℃で加熱しつつ乾燥して固化させた。このとき、シ
リコンウェハ63上に、第1の材料からなる基材として
のPMMA膜65が形成された(図2(A))。Next, this PMMA solution was applied onto the silicon wafer 63 by using a spin coating method. The condition of the spin coating method was 3000 rpm for 40 seconds. After spin coating, the silicon wafer 63 was dried and solidified while being heated at 95 ° C. At this time, a PMMA film 65 was formed on the silicon wafer 63 as a base material made of the first material (FIG. 2A).
【0043】続いて、ラジカル重合性モノマー53とし
てのメチルメタクリレート(MMA)67と、ラジカル
発生剤55としての2,2−ジメチル−2−フェニル−
アセトフェノン69とをPMMA膜65内へ気相で拡散
させる。そのため、上述のPMMA膜65が形成された
シリコンウェハ63を、5gのメチルメタクリレート
(MMA)と0.1gの2,2−ジメチル−2−フェニ
ル−アセトフェノンと共に、遮光したチャンバーの中に
入れ、このチャンバー内の圧力を真空手段で5mmHg
としたのち、このチャンバー内を88℃に保ちつつ3時
間加熱した。それにより、PMMA膜65内にMMAお
よび2,2−ジメチル−2−フェニル−アセトフェノン
が均一に拡散された(図2(B))。Subsequently, methyl methacrylate (MMA) 67 as the radical polymerizable monomer 53 and 2,2-dimethyl-2-phenyl- as the radical generator 55
The acetophenone 69 is diffused into the PMMA film 65 in a gas phase. Therefore, the silicon wafer 63 on which the above-mentioned PMMA film 65 is formed is put into a light-shielded chamber together with 5 g of methyl methacrylate (MMA) and 0.1 g of 2,2-dimethyl-2-phenyl-acetophenone. The pressure in the chamber is 5 mmHg by vacuum means
After that, the inside of the chamber was heated at 88 ° C. for 3 hours. Thereby, MMA and 2,2-dimethyl-2-phenyl-acetophenone were uniformly diffused in the PMMA film 65 (FIG. 2B).
【0044】次に、上述の拡散済みのPMMA膜65す
なわち基材51に、窒素雰囲気中において、20μmの
ラインアンドスペースのパターンを有するフォトマスク
59を介して、波長330nmの光を照射した(図2
(C))。それにより、基材51としてのPMMA膜6
5の内部の高分子パターン形成予定領域57において、
ラジカルが発生し、そのラジカルにモノマーであるMM
Aが付加および重合することにより、このMMAの重合
体であるPMMAが形成された(図2(D))。このと
き、基材内において同一の物質からなる領域ではある
が、分子密度の異なる領域(すなわち、高分子パターン
61)が形成されている。なお、窒素雰囲気とした理由
は、基材中に発生したラジカルが、大気中の酸素と反応
を起こさないようにするためである。Next, the above-mentioned diffused PMMA film 65, that is, the base material 51, was irradiated with light having a wavelength of 330 nm through a photomask 59 having a 20 μm line and space pattern in a nitrogen atmosphere (FIG. 2
(C)). Thereby, the PMMA film 6 as the base material 51
In the polymer pattern forming region 57 inside 5,
A radical is generated, and the radical is a monomer MM
By addition and polymerization of A, PMMA which is a polymer of this MMA was formed (FIG. 2 (D)). At this time, regions in the base material that are made of the same substance but have different molecular densities (that is, polymer patterns 61) are formed. The nitrogen atmosphere is used to prevent radicals generated in the base material from reacting with oxygen in the atmosphere.
【0045】続いて、上述の高分子パターン形成済みの
PMMA膜65から、未反応のまま残存したラジカル重
合性モノマー53(MMA67)およびラジカル発生剤
55(2,2−ジメチル−2−フェニル−アセトフェノ
ン69)を取り除く。そのため、高分子パターン形成済
みのPMMA膜65を含むシリコンウェハ63を、遮光
したチャンバーに入れ、このチャンバー内を真空手段に
よって5mmHgまで減圧した上で、6時間にわたり9
5℃に保持した。なお、加熱後1時間経たのちに、真空
手段を用い、チャンバー内の圧力を再び5mmHgまで
低下させている。この操作により、PMMA膜65の中
に残存していた未反応のMMA67および2,2−ジメ
チル−2−フェニル−アセトフェノン69が除去された
(図2(E))。Subsequently, the radical polymerizable monomer 53 (MMA 67) and the radical generator 55 (2,2-dimethyl-2-phenyl-acetophenone) remaining unreacted were obtained from the PMMA film 65 on which the polymer pattern had been formed. 69) is removed. Therefore, the silicon wafer 63 including the PMMA film 65 on which the polymer pattern has been formed is placed in a light-shielded chamber, and the pressure in the chamber is reduced to 5 mmHg by vacuum means.
It was kept at 5 ° C. One hour after the heating, the pressure in the chamber was reduced again to 5 mmHg by using vacuum means. By this operation, unreacted MMA 67 and 2,2-dimethyl-2-phenyl-acetophenone 69 remaining in the PMMA film 65 were removed (FIG. 2E).
【0046】以上のようにして形成したPMMA膜を光
学顕微鏡で観察したところ、約20μmのラインアンド
スペースのパターンがPMMA膜に形成されていた。こ
のように、光学顕微鏡でパターンが見えるのは、ラジカ
ル重合性モノマーが重合し固定された部分の屈折率が、
周囲に比べ異なっているためである。When the PMMA film formed as described above was observed with an optical microscope, a line and space pattern of about 20 μm was formed on the PMMA film. In this way, the pattern can be seen with an optical microscope because the refractive index of the part where the radical polymerizable monomer is polymerized and fixed is
This is because it is different from the surroundings.
【0047】[0047]
【発明の効果】上述した説明から明らかなように、この
高分子パターンの形成方法の発明によれば、ラジカル重
合性モノマーおよびラジカル発生剤を含む基材を用意
し、この基材の高分子パターン形成予定領域に、選択的
に光を照射してこの領域にラジカル重合性モノマーの重
合体を形成することにより、高分子パターンを形成して
いる。このように、この発明によれば、RIE法を用い
ることなく高分子パターンを形成できるため、RIE法
を用いていた際の問題点を解決できる。したがって、従
来に比べ、安価にかつ容易に高分子パターンを形成する
ことができる。As is apparent from the above description, according to the invention of the method for forming a polymer pattern, a substrate containing a radical polymerizable monomer and a radical generator is prepared, and the polymer pattern of the substrate is prepared. A polymer pattern is formed by selectively irradiating light to a region to be formed and forming a polymer of a radical polymerizable monomer in this region. As described above, according to the present invention, since the polymer pattern can be formed without using the RIE method, the problem when the RIE method is used can be solved. Therefore, a polymer pattern can be formed easily and cheaply as compared with the related art.
【図1】実施の形態の高分子パターンの形成方法の説明
に供する図である。FIG. 1 is a diagram provided for describing a method for forming a polymer pattern according to an embodiment.
【図2】実施例の高分子パターンの形成方法の説明に供
する図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a method for forming a polymer pattern according to an example.
【図3】従来の高分子パターンの形成工程図である。FIG. 3 is a process chart of forming a conventional polymer pattern.
51:基材 53:ラジカル重合性モノマー 55:ラジカル発生剤 57:高分子パターン形成予定領域 59:フォトマスク 61:高分子パターン 63:シリコンウェハ 65:PMMA膜 67:メチルメタクリレート(MMA) 69:2,2−ジメチル−2−フェニル−アセトフェノ
ン51: Base material 53: Radical polymerizable monomer 55: Radical generator 57: Polymer pattern forming area 59: Photomask 61: Polymer pattern 63: Silicon wafer 65: PMMA film 67: Methyl methacrylate (MMA) 69: 2 , 2-Dimethyl-2-phenyl-acetophenone
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 見田 充郎 東京都港区虎ノ門1丁目7番12号 沖電気 工業株式会社内 (72)発明者 海部 勝晶 東京都港区虎ノ門1丁目7番12号 沖電気 工業株式会社内 Fターム(参考) 2H047 PA02 PA12 PA21 PA22 PA28 QA05 QA07 TA43 4F071 AA31 AA33 AA34 AA50 AA53 AE06 AG15 AH12 BB12 4F073 AA14 CA45 FA03 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Mitsuro Mita 1-7-12 Toranomon, Minato-ku, Tokyo Oki Electric Industry Co., Ltd. (72) Inventor Katsutaki Kaibu 1-7-112 Toranomon, Minato-ku, Tokyo Offshore F term (reference) in Electric Industries Co., Ltd. 2H047 PA02 PA12 PA21 PA22 PA28 QA05 QA07 TA43 4F071 AA31 AA33 AA34 AA50 AA53 AE06 AG15 AH12 BB12 4F073 AA14 CA45 FA03
Claims (6)
発生剤を含む基材を用意し、該基材の高分子パターン形
成予定領域に、選択的に光を照射して、該領域に前記ラ
ジカル重合性モノマーの重合体を形成する工程を含むこ
とを特徴とする高分子パターンの形成方法。1. A substrate containing a radical polymerizable monomer and a radical generator is prepared, and a region where a polymer pattern is to be formed on the substrate is selectively irradiated with light, and the region is exposed to the radical polymerizable monomer. A method for forming a polymer pattern, comprising a step of forming a polymer of the above.
方法において、 前記重合体形成済みの前記基材中に残存する前記ラジカ
ル重合性モノマーを除去する工程を更に含むことを特徴
とする高分子パターンの形成方法。2. The method for forming a polymer pattern according to claim 1, further comprising a step of removing the radically polymerizable monomer remaining in the base material on which the polymer has been formed. A method for forming a molecular pattern.
方法において、 前記基材は、第1の材料からなる基材に前記ラジカル重
合性モノマーおよびラジカル発生剤を拡散させることで
用意することを特徴とする高分子パターンの形成方法。3. The method for forming a polymer pattern according to claim 1, wherein the base material is prepared by diffusing the radical polymerizable monomer and the radical generator into a base material made of a first material. A method for forming a polymer pattern, comprising:
方法において、 前記重合体により前記領域に前記基材と異なる屈折率領
域を形成することを特徴とする高分子パターンの形成方
法。4. The method for forming a polymer pattern according to claim 1, wherein a refractive index region different from the base material is formed in the region by the polymer.
方法において、 前記基材は、第1の材料と前記ラジカル重合性モノマー
と、前記ラジカル発生剤とで構成してあり、 該第1の材料は前記光を実質的に吸収しない材料である
ことを特徴とする高分子パターンの形成方法。5. The method for forming a polymer pattern according to claim 1, wherein the base material is composed of a first material, the radical polymerizable monomer, and the radical generator. Wherein said material is a material that does not substantially absorb said light.
方法において、 前記光を、紫外線とすることを特徴とする高分子パター
ンの形成方法。6. The method for forming a polymer pattern according to claim 1, wherein the light is ultraviolet light.
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---|---|---|---|
JP26641998A JP2000095873A (en) | 1998-09-21 | 1998-09-21 | Formation of polymer pattern |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011053723A (en) * | 2010-12-17 | 2011-03-17 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | Optical waveguide and method of manufacturing the same |
-
1998
- 1998-09-21 JP JP26641998A patent/JP2000095873A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011053723A (en) * | 2010-12-17 | 2011-03-17 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | Optical waveguide and method of manufacturing the same |
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