JP3979225B2 - 光導波路の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光インターコネクション等に使用する光導波路の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信技術の進展によって、光の優位性が実証されてきた。また、ＬＳＩ等の信号の高速化に伴い、電気信号を光信号に置き換える技術の研究開発が進められている。その伝送媒体として光導波路が期待されている。
【０００３】
近年、開発が進められている高分子光導波路は、大面積に形成することが可能であり、１ｃｍ〜１ｍのオーダーの光インターコネクションへの適用が図られている。また、光導波路上に光路変換ミラーを形成して、光導波路層の表面に光部品を実装することが行われている。
高分子光導波路の製造方法としては、図１０に示すように、ドライエッチングを用いた方法や、図１１に示すように、パターン露光及び現像を用いた方法が一般的である。また、光路変換ミラーの形成方法としては、図１２に示すように、ダイシングソーによる機械加工が一般的である。
【０００４】
しかし、光導波路の製造と光路変換ミラーの加工を別工程で行うことは、製造工程が複雑でコストがかさむことになる。そこで、光導波路と光路変換ミラーを連続した工程で製造する方法として、例えば、図１３に示すような、型を用いた方法がある。この方法は、特開２００１−１５４０４９に開示された方法であるが、ここでは、先ず、凹部を有する基板５０上にコア材１を塗布、硬化し、次に、凹部以外のコア材１を除去してコア１Ａを形成し、次に、全面にクラッド２Ａを形成し、全体を別基板２０に転写した後、光路変換ミラー４、及びクラッド３Ａを形成している。
【０００５】
だが、この方法は、凹部を有する基板５０の全面に硬化したコア１Ａを形成した後に、凹部以外のコア１Ａを除去するのに長時間のエッチング処理が必要でコストがかさむ方法である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、斯かる従来技術の状況に鑑みてなされたものであり、高分子光導波路の製造において、安定したコアパターンを容易に形成することができ、また、光路変換ミラーをコアパターンの製造工程と連続した工程で行うことができる、すなわち、安価に安定した高分子光導波路を製造することのできる光導波路の製造方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、型を用いてコアパターンを形成する光導波路の製造方法であって、型の表面にあらかじめコア材またはクラッド材の親和性を高める表面処理を施しておくことを特徴とする光導波路の製造方法である。
【０００８】
また、本発明は、上記発明による光導波路の製造方法において、前記型がパターン状凹部を有する基板であり、
１）パターン状凹部を有する基板のパターン状凹部のみにコアを充填し、予めクラッドが塗布された別基板のクラッド面と重ね合わせる工程と、
２）パターン状凹部を有する基板を剥離し、該クラッド上にコアパターンを転写する工程と、
を少なくとも具備する光導波路の製造方法において、パターン状凹部を有する基板のパターン状凹部のみにコアを充填する前に、パターン状凹部を有する基板の表面にコア材の親和性を高める表面処理を行うことを特徴とする光導波路の製造方法である。
【０００９】
また、本発明は、上記発明による光導波路の製造方法において、前記型の少なくとも表面がシリコーン樹脂であることを特徴とする光導波路の製造方法である。
【００１０】
また、本発明は、上記発明による光導波路の製造方法において、前記コア材および／またはクラッド材がエポキシ樹脂であることを特徴とする光導波路の製造方法である。
【００１１】
また、本発明は、上記発明による光導波路の製造方法において、前記パターン状凹部を有する基板のパターン状凹部のみにコア材を充填する方法が、パターン状凹部を有する基板にコア材を塗布した後、ヘラで余分なコア材をかき取る方法であることを特徴とする光導波路の製造方法である。
【００１２】
また、本発明は、上記発明による光導波路の製造方法において、前記パターン状凹部を有する基板のパターン状凹部のみにコア材を充填し、予めクラッドが塗布された別基板のクラッド面と重ね合わせる工程が、パターン状凹部を有する基板と予めクラッドが塗布された別基板との間にコア材をはさみ込む方法であることを特徴とする光導波路の製造方法である。
【００１３】
また、本発明は、上記発明による光導波路の製造方法において、前記表面処理が酸素プラズマ処理であることを特徴とする光導波路の製造方法である。
【００１４】
また、本発明は、上記発明による光導波路の製造方法において、前記表面処理が、型に対するコア材の接触角を４５゜以下にする表面処理であることを特徴とする光導波路の製造方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明による光導波路の製造方法を、その実施の形態に基づいて説明する。
図１は、本発明による光導波路の製造方法の一実施例を断面で示す説明図である。図１（ａ）に示すように、まず、パターン状凹部を有する基板１０を用意する。このパターン状凹部を有する基板１０は、光導波路を形成する際の型の役割を持っている。パターン状凹部には、光導波路のコアパターンだけでなく、ミラーに相当する部分や、回折格子、分岐回路、アレイ導波路回折格子等の光回路を組み込むこともできる。
【００１６】
パターン状凹部を有する基板１０の材料としては、シリコーン樹脂が好適である。シリコーン樹脂は柔軟性があるので、コアパターンをクラッド付きの別基板に転写する際に貼り合わせ、剥離がし易く、また、コアパターンを損傷しにくいからである。
パターン状凹部を有する基板１０は、その全体がシリコーン樹脂であってもよし、少なくともパターン状凹部を有する面はシリコーン樹脂であることが好ましい。
【００１７】
図１（ｂ）に示すように、パターン状凹部を有する基板１０に対して、表面処理を行う。表面処理によって、パターン状凹部を有する基板１０のコア材１に対する親和性を高めることができる。具体的には、パターン状凹部を有する基板１０に対するコア材１の接触角を４５゜以下にすることにより、安定してコア材１の埋め込みができるようになる。表面処理の方法としては、酸素プラズマ処理が好適である。
【００１８】
次に、図１（ｃ）〜（ｄ）に示すように、パターン状凹部のみにコア材１を充填する。コア材１としては、例えば、エポキシ樹脂、特に紫外線硬化型エポキシ樹脂が好適である。
充填方法としては、全面塗布後に余分なコア材をブレードを用いてかき取る方法、例えば、ブレードとして、ヘラ８を用いかき取る方法が可能である。そして、紫外線照射によってコア材１を硬化させてコアパターン１Ａとする。
【００１９】
ここで、図１（ｅ）に示すように、別基板２０を用意し、全面にクラッド材２を塗布する。そして、図１（ｆ）に示すように、コアパターン１Ａが形成された基板１０と、クラッド材２が塗布された別基板２０を重ね合わせ、重ね合わせた状態で紫外線照射してクラッド材２を硬化させ、クラッド２Ａとし、基板１０を剥離してコアパターン１Ａを別基板２０側に転写する。
クラッド材２としては、例えば、紫外線硬化型エポキシ樹脂が好適である。また、コア材１やクラッド材２の硬化方法は、紫外線照射による硬化に限定されるものではない。
【００２０】
光路変換ミラーは、図１（ｇ）に示すように、コアパターン１Ａの傾斜面に金属を蒸着して金属ミラー４とする。傾斜面のみに金属を付けるために、マスク蒸着法やリフトオフ法を用いることができる。なお、光路変換ミラーとしては、図４に示すような、光導波路層に垂直な方向に光路変換するだけでなく、図５に示すような、光導波路層の面内で任意の角度に光路変換することにも用いることができる。
【００２１】
次に、図１（ｈ）に示すように、クラッド材３を全面に塗布し、硬化させてクラッド３Ａにすることにより、単層の光導波路５が完成する。或いはクラッド３Ａを設けずに空気をクラッドの代用とすることもできる。
また、図２に示すように、クラッド材３を硬化させる前に、さらに別なパターン状凹部を有する基板１０’にコアパターン１’を形成して転写することにより、多層光導波路６を形成することもできる。図２において、（ｈ）は図１における（ｈ）を示している。
【００２２】
なお、多層光導波路６を形成する際や、図１に示す光導波路５、図２に示す多層光導波路６を、さらに他の基板、例えば、電気配線基板（図示せず）に転写するために、別基板２０上またはクラッド２Ａ中にアライメントマーク（図示せず）を設けることが望ましい。
また、光導波路５あるいは多層光導波路６をフィルムとして使う場合には、別基板２０とクラッド材２の間に剥離層（図示せず）を設けておき、光導波路を作製した後に剥離させてフィルム化することが望ましい。別基板２０および剥離層、またはパターン状凹部を有する基板１０は、紫外線に対して透明なことが望ましい。
【００２３】
パターン状凹部を有する基板１０の製造には、図６（ｃ）〜（ｅ）に示すように、パターン状凸部を有する基板３０を用意してシリコーン樹脂３４等で型取りする方法を用いることができる。
パターン状凸部を有する基板３０の製造は、例えば、図６（ａ）に示すように、基板３１上にフォトレジストあるいは紫外線硬化型エポキシ樹脂３２を塗布し、光導波路形状にパターン露光、現像して、断面形状が矩形のパターンを形成し、次に、図６（ｂ）に示すように、ミラー部となる傾斜面をレーザ光３３によって加工するといった方法で製造することができる。
レーザ光３３としては、エキシマレーザが好適である。
【００２４】
コアパターンのアスペクト比（高さ／幅）としては、通常は１程度のものが用いられる。その場合、光導波路層に垂直な方向に光路変換するミラーを上から見るとほぼ正方形になり、部品の位置合わせ要求ＸＹ方向で同程度になる。しかし、アスペクト比が１でなくとも導波に問題はない。実際、アスペクト比０．２７〜２にて導波を確認している。
【００２５】
また、コア材１をパターン状凹部のみに充填、硬化後にクラッド材付き別基板２０と重ねるかわりに、図１４のように、パターン状凹部を有する基板１０とクラッド付き別基板２０の間にコア材１をはさみ込んで導波路を作製することも可能である。即ち、まずパターン状凹部を有する基板１０を用意し（図１４（ａ））、表面処理を行う（図１４（ｂ））。次に、クラッド２Ａ付き別基板２０を用意し（図１４（ｃ））、パターン状凹部を有する基板１０との間にコア材１をはさみ込む（図１４（ｄ））。
【００２６】
別基板側もしくはパターン状凹部を有する基板のいずれかあるいは両方から紫外線照射する等の方法によってコア材１を硬化させてコアパターン１Ａとし（図１４（ｅ））、基板１０を剥離してコアパターン１Ａを別基板２０側に転写する。そして、コアパターン１Ａの傾斜面に金属を蒸着して金属ミラー４とする（図１４（ｆ））。通常は、クラッド３で覆う（図１４（ｇ））。この場合にも、表面処理によって安定したコア形成が可能になる。
【００２７】
さらには、型として、凹型（パターン状凹部を有する基板）だけでなく、凸型（パターン状凸部を有する基板１１）も使用できることは言うまでもない。例えば図１５のように、表面処理した凸型１１を用いて、パターン状凹部を有するクラッド２Ａを作製し、金属ミラー４を形成した後、コア１Ａを埋め込み、クラッド３Ａで覆って導波路を作製することができる。
【００２８】
【実施例】
以下に、本発明による光導波路の製造方法を実施例にて詳細に説明する。
＜実施例１＞
［パターン状凹部を有する基板の作製］
図６を用いて説明する。まず、基板３１（ガラス）上に厚膜用フォトレジストを塗布、ベーク、露光、現像することにより、レジストパターン３２として高さが４０μｍ、幅が２０μｍ〜１５０μｍの複数の光導波路状凸パターンを形成した（図６（ａ））。
【００２９】
次に、レーザ光３３としてＫｒＦエキシマレーザを斜め照射することにより、光路変換ミラーになる部分を加工し（図６（ｂ））、パターン状凸部を有する基板３０とした（図６（ｃ））。
次に、液状のシリコーン樹脂３４を用いて型取りすることにより、パターン状凹部を有する基板１０を作製した（図６（ｄ）〜（ｅ））。
【００３０】
［光導波路１の作製］
図１及び図３を用いて説明する。まず、パターン状凹部を有する基板１０（シリコーン樹脂）を用意した（図１（ａ））。次に、パターン状凹部を有する基板に酸素プラズマ処理を行った（図１（ｂ））。使用した装置は、東京応化工業（株）製のＯＰＭ−ＳＱ６００（型番）である。酸素流量を１００ＳＣＣＭ、圧力を６０Ｐａとし、プラズマパワー１００Ｗ、時間を２分とした。
そして、コア材１として紫外線硬化型エポキシ樹脂を全面に塗布し、ヘラ８で凹部以外のコア材１をかき取った。全面に紫外線を照射することにより、コア材１を硬化させてコアパターン１Ａとした（図１（ｃ）〜（ｄ））。
【００３１】
形成したコアパターン１Ａは、コア幅２０μｍ〜１５０μｍのすべての種類について、連続したコアパターン１Ａを問題なく形成できた（図３）。
【００３２】
一方、別基板２０（ガラス）を用意し、全面にクラッド材２として紫外線硬化型エポキシ樹脂をスピンコートした（図１（ｅ））。
ここで両者を重ね合わせた状態で、別基板側から紫外線を照射することにより、コアパターン１Ａとクラッド材２を密着させるとともにクラッド材２を硬化させてクラッド２Ａとした（図１（ｆ））。
【００３３】
パターン状凹部を有する基板１０を剥がした後、マスク蒸着によって傾斜面に金属Ａｌを蒸着して金属ミラー４とした。さらに全面にクラッド材３として紫外線硬化型エポキシ樹脂を塗布、紫外線照射して光導波路５を完成した。
【００３４】
＜実施例２＞
［光導波路２の作製］
酸素プラズマ処理の条件を、酸素流量を１００ＳＣＣＭ及び圧力を６０Ｐａを一定にし、プラズマパワー２０Ｗ〜４００Ｗ、時間１秒〜１０分の間で変えて、シリコーン上のコア材の接触角を測定した。
図７に示すように、未処理のシリコーンの接触角が約６０゜なのに対し、酸素プラズマ処理によって約４０゜〜２５゜に変化することを確認した。そして、図７に示す酸素プラズマ処理を行ったいずれにおいても、実施例１と同様に光導波路を作製できた。
【００３５】
＜実施例３＞
［光導波路４の作製］
図１４を用いて説明する。まず、実施例１と同様にして、パターン状凹部を有する基板１０を用意し（図１４（ａ））、パターン状凹部を有する基板に酸素プラズマ処理を行った（図１４（ｂ））。
【００３６】
一方、別基板２０（ガラス）を用意し、全面にクラッド材２として紫外線硬化型エポキシ樹脂をスピンコートし、紫外線を照射させてクラッド２Ａとした（図１４（ｃ））。
【００３７】
そして、パターン状凹部を有する基板１０と、クラッド２Ａ付き基板２０との間にコア材１をはさみ込んで、基板２０側から紫外線を照射することにより、コアパターン１Ａを形成した（図１４（ｄ）〜（ｅ））。
【００３８】
パターン状凹部を有する基板１０を剥がした後、マスク蒸着によって傾斜面に金属Ａｌを蒸着して金属ミラー４とした（図１４（ｆ））。さらに全面にクラッド材３として紫外線硬化型エポキシ樹脂を塗布、紫外線硬化して光導波路５を完成した（図１４（ｇ））。
【００３９】
＜実施例４＞
［光導波路６の作製］
図１５を用いて説明する。まず、実施例１と類似の方法によって、パターン状凸部を有する（シリコーン）基板１１を用意し（図１５（ａ））、パターン状凸部を有する基板１１に酸素プラズマ処理を行った（図１５（ｂ））。
【００４０】
一方、別基板２０（ガラス）を用意し、全面にクラッド材２として紫外線硬化型エポキシ樹脂をスピンコートし（図１５（ｃ））、パターン状凸部を有する基板に重ねて、紫外線を照射させてクラッド２Ａとした（図１５（ｄ））。
【００４１】
そして、パターン状凸部を有する基板１１を剥がし（図１５（ｅ））、マスク蒸着によって傾斜面に金属Ａｌを蒸着して金属ミラー４とした（図１５（ｆ））。さらに、コア材１として紫外線硬化型エポキシ樹脂を全面に塗布し、ヘラ８で凹部以外のコア材１をかき取った。全面に紫外線を照射することにより、コア材１を硬化させてコアパターン１Ａとした（図１５（ｇ）〜（ｈ））。
【００４２】
最後に、全面にクラッド材３として紫外線硬化型エポキシ樹脂を塗布、紫外線硬化して光導波路５を完成した（図１５（ｉ））。
【００４３】
＜比較例１＞
［光導波路３の作製］
図８及び図９を用いて説明する。まず、実施例１における［パターン状凹部を有する基板の作製］に従い、パターン状凹部を有する基板１０（シリコーン樹脂）を用意した（図８（ａ））。次に、特別な表面処理を行うことなく、コア材１として紫外線硬化型エポキシ樹脂を全面に塗布し、ヘラ８で凹部以外のコア材１をかき取った。全面に紫外線を照射することにより、コア１を硬化させてコアパターン１Ａとした（図８（ｂ）〜（ｃ））。
【００４４】
この際、コア幅１００μｍ以上のコアパターンについては問題なく形成できたが、コア幅５０μｍ以下のコアパターンではコアコア１Ａがとぎれとぎれになりやすく（図９）、連続した導波路を形成するのが難しかった。
【００４５】
＜比較例２＞
［光導波路５の作製］
特別な表面処理を行わないこと以外は、実施例３と同様にして導波路を作製した。その場合、パターン状凹部を有する基板１０と、クラッド２Ａ付き基板２０との間にコア材１をはさみ込んで（図１４（ｄ））から、基板２０側から紫外線を照射する（図１４（ｅ））までの間に、パターン状凹部を有する基板１０が簡単に剥がれてしまい、きれいなコアパターン１Ａを形成することができなかった。
【００４６】
＜比較例３＞
［光導波路７の作製］
特別な表面処理を行わないこと以外は、実施例４と同様にして導波路を作製した。その場合、クラッド材２付き基板２０をパターン状凸部を有する基板１１に重ねた際に、クラッド材２がうまく広がらず、きれいなクラッド２Ａを形成することができなかった。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は、パターン状凹部を有する基板のパターン状凹部のみにコア材を充填する前に、パターン状凹部を有する基板の表面にコア材の親和性を高める表面処理を行うので、安定したコアパターンを容易に形成することができる。また、光路変換ミラーとなる傾斜面はコアパターンに設けらるので、改めて形成する必要はなく、傾斜面への金属の蒸着をコアパターンの製造工程と連続した工程で行うことができる。
すなわち、安価に安定した高分子光導波路を製造することのできる光導波路の製造方法となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光導波路の製造方法の一実施例を断面で示す説明図である。
【図２】本発明の多層光導波路の製造方法の例を示す断面で示す説明図である。
【図３】実施例１におけるコアパターンの断面図である。
【図４】本発明の光導波路の一例を示す斜視図である。
【図５】本発明の光導波路の他の例を示す斜視図である。
【図６】本発明のパターン状凹部を有する基板の製造方法の一例を示す断面図である。
【図７】酸素プラズマ処理による接触角の変化を示す説明図である。
【図８】比較例１における光導波路の製造方法を示す断面図である。
【図９】比較例１におけるコアパターンの断面図である。
【図１０】従来の光導波路の製造方法の一例を示す断面図である。
【図１１】従来の光導波路の製造方法の他の例を示す断面図である。
【図１２】従来の光路変換ミラーの製造方法の一例を示す断面図である。
【図１３】従来の光導波路および光路変換ミラーを連続して製造する製造方法の例を示す断面図である。
【図１４】実施例３における光導波路の製造方法を示す断面図である。
【図１５】実施例４における光導波路の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１、１’…コア材
１Ａ、１’Ａ…コアパターン
２、３…クラッド材
２Ａ、３Ａ、３’Ａ…クラッド
４、４’、４”…金属ミラー
５…光導波路
６…多層光導波路
７…光路
８ …ヘラ
１０、１０’…パターン状凹部を有する基板
１１…パターン状凸部を有する基板
２０…別基板
３０…パターン状凸部を有する基板
３１、５０…基板
３２…フォトレジストまたはエポキシ樹脂
３３…レーザ光
３４…シリコーン樹脂
５１…シリコン含有レジストまたは金属マスク
５２…反応性イオン
５３…紫外線露光
５４…ダイシングブレード
５５…全反射ミラー
５６…接着剤

Claims (7)

1. 少なくとも表面がシリコーン樹脂である型を用いてコアパターンを形成する光導波路の製造方法であって、
   前記型がパターン状凹部を有する基板であり、
   １）パターン状凹部を有する基板のパターン状凹部のみにコアを充填し、予めクラッドが塗布された別基板のクラッド面と重ね合わせる工程と、
   ２）パターン状凹部を有する基板を剥離し、該クラッド上にコアパターンを転写する工程と、
   ３）クラッドおよびコアパターンを覆うクラッド材を設ける工程と、
   を少なくとも具備する光導波路の製造方法であって、パターン状凹部を有する基板のパターン状凹部のみにコアを充填する前に、パターン状凹部を有する基板の表面にコア材の親和性を高める酸素プラズマ処理を行うことを特徴とする光導波路の製造方法。
2. 少なくとも表面がシリコーン樹脂である型を用いてコアパターンを形成する光導波路の製造方法であって、
   前記型がパターン状凸部を有する基板であり、
   １）予めクラッドが塗布された別基板のクラッド面にパターン状凸部を有する基板の形状を写し取りパターン状凹部を有するクラッドを形成する工程と、
   ２）パターン状凹部を有するクラッドの凹部にコアを埋め込む工程と、
   ３）クラッドおよびコアパターンを覆うクラッド材を設ける工程と、
   を少なくとも具備する光導波路の製造方法であって、パターン状凸部を有する基板の形状をクラッドに写し取る前に、パターン状凸部を有する基板の表面にクラッド材の親和性を高める酸素プラズマ処理を行うことを特徴とする光導波路の製造方法。
3. 前記コア材および／またはクラッド材がエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光導波路の製造方法。
4. 前記パターン状凹部を有する基板のパターン状凹部のみにコア材を充填する方法が、パターン状凹部を有する基板にコア材を塗布した後、ヘラで余分なコア材をかき取る方法であることを特徴とする請求項１記載の光導波路の製造方法。
5. 前記パターン状凹部を有する基板のパターン状凹部のみにコア材を充填し、予めクラッドが塗布された別基板のクラッド面と重ね合わせる工程が、パターン状凹部を有する基板と予めクラッドが塗布された別基板との間にコア材をはさみ込む方法であることを特徴とする請求項１記載の光導波路の製造方法。
6. 前記工程３によりクラッド及びコアパターンを覆うクラッド材を設けられた光導波路を、前記工程１における予めクラッドが塗布された別基板として用いることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、又は請求項５記載の光導波路の製造方法。
7. 前記酸素プラズマ処理が、型に対するコア材の接触角を４５゜以下にする表面処理であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、又は請求項６記載の光導波路の製造方法。

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