JP2008276000A - 光導波路 - Google Patents

Abstract

【課題】製造する際の工数の低減および製造コストの低減を図ることができる光導波路を提供する。
【解決手段】光の通路であるコア３が基板１上に形成されている光導波路であって、上記コア３の少なくとも一部が金属膜Ａで覆われている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信，光情報処理，その他一般光学で広く用いられる光導波路に関するものである。

光導波路は、光導波路デバイス，光集積回路，光配線基板等の光デバイスに組み込まれており、光通信，光情報処理，その他一般光学の分野で広く用いられている。光導波路は、通常、光の通路であるコアが所定パターンに形成され、そのコアを覆うように、アンダークラッド層とオーバークラッド層とが形成されている（例えば、特許文献１参照）。このような光導波路を図６に示す。図６では、基板１上に、アンダークラッド層２，コア３，オーバークラッド層４がこの順で形成されて光導波路が構成されている。

上記コア３は、アンダークラッド層２およびオーバークラッド層４よりも屈折率が大きく設定され、それにより、コア３内を通る光がコア３から外部に出ないようにしている。これらコア３，アンダークラッド層２およびオーバークラッド層４は、通常、合成樹脂からなり、なかでも、感光性樹脂からなる場合は、その形成に際して、それぞれの液状材料の塗布，露光，現像および乾燥の各工程が必要となる。
特開２００５−１６５１３８号公報

しかしながら、上記コア３，アンダークラッド層２およびオーバークラッド層４をそれぞれ形成する毎に、上記塗布，露光，現像および乾燥の各工程を行うと、多くの工数を要し、製造コストも高くなる。この点で、なお改善の余地がある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、製造する際の工数の低減および製造コストの低減を図ることができる光導波路の提供をその目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の光導波路は、光の通路であるコアが基板上に形成されている光導波路であって、上記コアの少なくとも一部が金属膜で覆われているという構成をとる。

本発明の光導波路は、コアの少なくとも一部が金属膜で覆われているため、その部分はクラッド層（アンダークラッド層およびオーバークラッド層の少なくとも一方）を形成する必要がない。上記金属膜の形成は、例えば、スパッタ法，プラズマ法，化学蒸着法，めっき法等のいずれかにより形成することができ、クラッド層を形成するよりも少ない工数で、コアの少なくとも一部を金属膜で覆うことができる。このため、その分、光導波路を製造する際の工数を低減することができ、その結果、製造コストの低減を図ることができる。

つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。

図１は、本発明の光導波路の第１の実施の形態を示している。この実施の形態の光導波路では、平板状の基板１の表面に金属膜Ａが形成され、この金属膜Ａの表面に複数のコア３が所定パターンに形成され、そのコア３を包含するようにオーバークラッド層４が形成されている。そして、コア３の底面が接触する金属膜Ａの表面部分は、コア３を通る光の反射面として作用する。

このような光導波路の製造方法について説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、上記基板１を準備する。この基板１としては、特に限定されないが、例えば、樹脂基板，ガラス基板，シリコン基板等があげられる。上記樹脂基板の形成材料としては、例えば、ポリエチレンナフタレート，ポリエステル，ポリアクリレート，ポリカーボネート，ポリノルボルネン，ポリイミド等があげられる。また、上記基板１の厚みは、特に限定されないが、通常、２０μｍ（フィルム状の基板）〜５ｍｍ（板状の基板）の範囲内に設定される。

ついで、その基板１の表面に、例えば、スパッタ法，プラズマ法，化学蒸着法，めっき法等のいずれかにより、上記金属膜Ａを形成する。その金属膜Ａの形成材料としては、例えば、銀，アルミニウム，ニッケル，クロム，銅等およびこれらの２種以上の元素を含む合金材料等があげられる。金属膜Ａの厚みは、特に限定されないが、通常、０．１〜０．５μｍの範囲内に設定される。

つぎに、図２（ｂ）に示すように、上記金属膜Ａの表面に、後の選択露光によりコア３〔図２（ｄ）参照〕となる樹脂層３ａを形成する。この樹脂層３ａの形成材料としては、通常、光重合性樹脂があげられ、下記オーバークラッド層４〔図２（ｅ）参照〕の形成材料よりも屈折率が大きい材料が用いられる。この屈折率の調整は、例えば、コア３，オーバークラッド層４の各形成材料の種類の選択や組成比率を調整して行うことができる。そして、上記樹脂層３ａの形成は、特に制限されないが、例えば、光重合性樹脂が溶媒に溶解しているワニスを金属膜Ａ上に塗布した後、乾燥することにより行われる。上記ワニスの塗布は、例えば、スピンコート法，ディッピング法，キャスティング法，インジェクション法，インクジェット法等により行われる。また、上記乾燥は、５０〜１２０℃×１０〜３０分間の加熱処理により行われる。なお、金属膜Ａとコア３〔図２（ｄ）参照〕との接着性を向上させるために、上記樹脂層３ａの形成に先立って、金属膜Ａの表面に、プライマー樹脂処理，カップリング剤処理等を行ってもよい。

そして、図２（ｃ）に示すように、上記乾燥させた樹脂層３ａの表面を、透光性を有するカバーフィルムＣで覆い、その上に、所望のコア３〔図２（ｄ）参照〕パターンに対応する開口パターンが形成されているフォトマスクＭを設置する。その後、上記フォトマスクＭおよびカバーフィルムＣを介して、上記樹脂層３ａを照射線により露光する。この露光された部分が、後にコア３となる。その露光用の照射線としては、例えば、可視光，紫外線，赤外線，Ｘ線，α線，β線，γ線等が用いられる。好適には、紫外線が用いられる。紫外線を用いると、大きなエネルギーを照射して、大きな硬化速度を得ることができ、しかも、照射装置も小型かつ安価であり、生産コストの低減化を図ることができるからである。紫外線の光源としては、例えば、低圧水銀灯，高圧水銀灯，超高圧水銀灯等があげられ、紫外線の照射量は、通常、１０〜１００００ｍＪ／ｃｍ² 、好ましくは、５０〜３０００ｍＪ／ｃｍ² である。

上記露光後、光反応を完結させるために、加熱処理を行う。この加熱処理は、８０〜２５０℃、好ましくは、１００〜２００℃にて、１０秒〜２時間、好ましくは、５分〜１時間の範囲内で行う。その後、現像液を用いて現像を行うことにより、樹脂層３ａにおける未露光部分を溶解させて除去し、樹脂層３ａをパターン形成する〔図２（ｄ）参照〕。そして、そのパターン形成された樹脂層３ａ中の現像液を加熱処理により除去し、図２（ｄ）に示すように、コア３パターンを形成する。この加熱処理は、通常、８０〜１２０℃×１０〜３０分間行われる。また、各コア３の厚みは、通常、マルチモード光導波路の場合には、２０〜１００μｍに設定され、シングルモード光導波路の場合には、２〜１０μｍに設定される。さらに、上記現像は、例えば、浸漬法，スプレー法，パドル法等が用いられる。また、現像剤としては、例えば、有機系の溶媒，アルカリ系水溶液を含有する有機系の溶媒等が用いられる。このような現像剤および現像条件は、光重合性樹脂組成物の組成によって、適宜選択される。

つぎに、図２（ｅ）に示すように、上記コア３を包含するように、オーバークラッド層４を形成する。このオーバークラッド層４の形成材料としては、例えば、ポリイミド樹脂，エポキシ樹脂，光重合性樹脂等があげられる。そして、そのオーバークラッド層４の形成方法は、特に制限されないが、例えば、上記樹脂が溶媒に溶解しているワニスを、上記コア３を包含するように塗布した後、硬化することにより行われる。上記ワニスの塗布は、例えば、スピンコート法，ディッピング法，キャスティング法，インジェクション法，インクジェット法等により行われる。また、上記硬化は、オーバークラッド層４の形成材料や厚み等により適宜行われ、例えば、オーバークラッド層４の形成材料としてポリイミド樹脂が用いられる場合は、３００〜４００℃×６０〜１８０分間の加熱処理により行われ、オーバークラッド層４の形成材料として光重合性樹脂が用いられる場合は、１０００〜５０００ｍＪ／ｃｍ² の紫外線を照射した後、８０〜１２０℃×１０〜３０分間の加熱処理により行われる。そして、オーバークラッド層４の厚みは、通常、マルチモード光導波路の場合には、５〜１００μｍに設定され、シングルモード光導波路の場合には、１〜２０μｍに設定される。

このようにして、基板１の表面に、金属膜Ａとコア３とオーバークラッド層４とからなる光導波路（図１参照）が形成される。

なお、この第１の実施の形態では、オーバークラッド層４を形成しているが、このオーバークラッド層４は必須ではなく、場合によってオーバークラッド層４を形成しないで光導波路を構成してもよい。

図３は、本発明の光導波路の第２の実施の形態を示している。この第２の実施の形態の光導波路は、上記第１の実施の形態の光導波路において、オーバークラッド層４（図１参照）に代えて、第２の金属膜Ｂが形成されたものである。それ以外の部分は、上記第１の実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。そして、この第２の実施の形態の光導波路でも、コア３の底面が接触する金属膜Ａの表面部分ならびにコア３の側面および天井面が接触する金属膜Ｂの表面部分は、コア３を通る光の反射面として作用する。

この第２の実施の形態の光導波路の製造方法は、まず、上記第１の実施の形態と同様にして〔図２（ａ）〜（ｄ）参照〕、基板１上に（第１の）金属膜Ａおよびコア３を順に形成する〔図２（ｄ）参照〕。その後、図３に示すように、コア３の側面および天井面に、（第１の）金属膜Ａの形成方法（例えば、スパッタ法，プラズマ法，化学蒸着法，めっき法等）と同様にして、第２の金属膜Ｂを形成する。この第２の金属膜Ｂの形成材料としては、上記（第１の）金属膜Ａと同様の形成材料（例えば、銀，アルミニウム，ニッケル，クロム，銅等）があげられるが、そのうち、この第２の金属膜Ｂの形成材料は、上記（第１の）金属膜Ａの形成材料と同じであってもよいし、異なっていてもよい。このようにして、第２の実施の形態の光導波路が得られる。

図４は、本発明の光導波路の第３の実施の形態を示している。この第３の実施の形態の光導波路は、上記第２の実施の形態の光導波路において、（第１の）金属膜Ａ（図３参照）に代えて、アンダークラッド層２が形成されたものである。それ以外の部分は、上記第２の実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。そして、この第３の実施の形態の光導波路でも、コア３の側面および天井面が接触する金属膜Ｂの表面部分は、コア３を通る光の反射面として作用する。

この第３の実施の形態の光導波路の製造方法は、まず、図５（ａ）に示すように、上記基板１の表面に、アンダークラッド層２を形成する。このアンダークラッド層２の形成材料としては、上記オーバークラッド層４〔図２（ｅ）参照〕と同様の材料（例えば、ポリイミド樹脂，エポキシ樹脂，光重合性樹脂等）があげられ、そのうち、このアンダークラッド層２の形成材料は、上記オーバークラッド層４の形成材料と同じであってもよいし、異なっていてもよい。そして、アンダークラッド層２の形成方法も、上記オーバークラッド層４と同様にして行われる。すなわち、上記基板１の表面に、後にアンダークラッド層２となるワニスを、上記スピンコート法等により塗布した後、アンダークラッド層２の形成材料としてポリイミド樹脂が用いられる場合は、加熱処理が行われ、光重合性樹脂が用いられる場合は、紫外線照射した後に加熱処理が行われる。これにより、アンダークラッド層２が形成される。そして、アンダークラッド層２の厚みは、通常、マルチモード光導波路の場合には、５〜５０μｍに設定され、シングルモード光導波路の場合には、１〜２０μｍに設定される。ついで、上記アンダークラッド層２の表面に、上記第１，第２の実施の形態と同様にして〔図２（ｂ）〜（ｄ）参照〕、図５（ｂ）に示すように、コア３を形成し、その後、上記第２の実施の形態と同様にして（例えば、スパッタ法，プラズマ法，化学蒸着法，めっき法等により）、図５（ｃ）に示すように、（第２の）金属膜Ｂを形成する。このようにして、第３の実施の形態の光導波路が得られる。

つぎに、実施例について説明する。但し、本発明は、これに限定されるわけではない。

〔オーバークラッド層の形成材料〕
ビスフェノキシエタノールフルオレンジクリシジルエーテル（成分Ａ）３５重量部、（３’，４’−エポキシシクロヘキサン）メチル３’，４’−エポキシシクロヘキシル−カルボキシレート（成分Ｂ）４０重量部、脂環式エポキシ樹脂（ダイセル化学社製、セロキサイド２０２１Ｐ）（成分Ｃ）２５重量部、４，４−ビス〔ジ（βヒドロキシエトキシ）フェニルスルフィニオ〕フェニルスルフィド−ビス−ヘキサフルオロアンチモネートの５０％プロピオンカーボネート溶液（光酸発生剤：成分Ｄ）１重量部を混合することにより、オーバークラッド層の形成材料を調製した。

〔コアの形成材料〕
上記成分Ａ：７０重量部、１，３，３−トリス｛４−〔２−（３−オキセタニル）〕ブトキシフェニル｝ブタン：３０重量部、上記成分Ｄ：０．５重量部を乳酸エチル２８重量部に溶解することにより、コアの形成材料を調製した。

〔光導波路の作製〕
まず、ポリエチレンナフタレートフィルム〔基板：１００ｍｍ×１００ｍｍ×１８８μｍ（厚み）〕の表面に、スパッタリングにより、銀（Ａｇ）膜（厚み０．１５μｍ）を形成した。

そして、上記銀（Ａｇ）膜の表面に、コアの形成材料をスピンコート法により塗布した後、１００℃×５分間の加熱処理を行った。ついで、その表面に、透光性を有するポリカーボネート製カバーフィルム（厚み４０μｍ）を設置し、さらにそのカバーフィルムの表面に、開口パターン（コアパターン）が形成された合成石英系のフォトマスクを設置した。そして、その上方から、紫外線を４０００ｍＪ／ｃｍ² で照射した。ついで、上記フォトマスクおよびカバーフィルムを除去した後、８０℃×１５分間の加熱処理を行った。つぎに、γ−ブチロラクトン水溶液を用いて現像することにより、未露光部分を溶解除去した後、１００℃×１５分間の加熱処理を行うことにより、コア（厚み５０μｍ）を形成した。

ついで、上記コアを包含するように、上記オーバークラッド層の形成材料をスピンコート法により塗布した後、紫外線を２０００ｍＪ／ｃｍ² で照射をした。つづいて、１２０℃×１５分間の加熱処理を行うことにより、オーバークラッド層（アンダークラッド層表面からの厚み７０μｍ）を形成した。

このようにして、基板上に、銀（Ａｇ）膜，コアおよびオーバークラッド層が、この順で積層されてなる光導波路（図１参照）を製造することができた。

上記実施例１において、金属膜として、銀（Ａｇ）膜に代えて、スパッタリングにより、アルミニウム（Ａｌ）膜（厚み０．１５μｍ）を形成した。それ以外は上記実施例１と同様とした。これにより、基板上に、アルミニウム（Ａｌ）膜，コアおよびオーバークラッド層が、この順で積層されてなる光導波路（図１参照）を製造することができた。

上記実施例１において、オーバークラッド層に代えて、スパッタリングにより、上記コアの側面および天井面に、（第２の）銀（Ａｇ）膜（厚み０．１５μｍ）を形成した。それ以外は上記実施例１と同様とした。これにより、上記基板上に、銀（Ａｇ）膜，コアおよび（第２の）銀（Ａｇ）膜が、この順で積層されてなる光導波路（図３参照）を製造した。

上記実施例１において、オーバークラッド層に代えて、スパッタリングにより、上記コアの側面および天井面に、アルミニウム（Ａｌ）膜（厚み０．１５μｍ）を形成した。それ以外は上記実施例１と同様とした。これにより、上記基板上に、銀（Ａｇ）膜，コアおよびアルミニウム（Ａｌ）膜が、この順で積層されてなる光導波路（図３参照）を製造した。

〔光導波路の作製〕
まず、上記実施例１と同様のポリエチレンナフタレートフィルムの表面に、上記実施例１のオーバークラッド層の形成材料と同様の材料をスピンコート法により塗布した後、紫外線を２０００ｍＪ／ｃｍ² で照射した。つづいて、１００℃×１５分間の加熱処理を行うことにより、アンダークラッド層（厚み２０μｍ）を形成した。

そして、上記アンダークラッド層の表面に、上記実施例１のコアの形成材料をスピンコート法により塗布した後、１００℃×１５分間の乾燥処理を行った。ついで、その表面に、透光性を有するポリカーボネート製カバーフィルム（厚み４０μｍ）を設置し、さらにそのカバーフィルムの表面に、開口パターン（コアパターン）が形成された合成石英系のフォトマスクを設置した。そして、その上方から、紫外線を４０００ｍＪ／ｃｍ² で照射した。ついで、上記フォトマスクおよびカバーフィルムを除去した後、８０℃×１５分間の加熱処理を行った。つぎに、γ−ブチロラクトン水溶液を用いて現像することにより、未露光部分を溶解除去した後、１００℃×１５分間の加熱処理を行うことにより、コア（厚み５０μｍ）を形成した。

ついで、上記コアの側面および天井面に、スパッタリングにより、銀（Ａｇ）膜（厚み０．１５μｍ）を形成した。

このようにして、上記基板上に、アンダークラッド層，コアおよび銀（Ａｇ）膜が、この順で積層されてなる光導波路（図４参照）を製造することができた。

本発明の光導波路の第１の実施の形態を模式的に示す断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は上記第１の実施の形態の光導波路の製造方法を模式的に示す断面図である。 本発明の光導波路の第２の実施の形態を模式的に示す断面図である。 本発明の光導波路の第３の実施の形態を模式的に示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は上記第３の実施の形態の光導波路の製造方法を模式的に示す断面図である。 従来の光導波路を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１ 基板
３ コア
Ａ 金属膜

Claims (4)

1. 光の通路であるコアが基板上に形成されている光導波路であって、上記コアの少なくとも一部が金属膜で覆われていることを特徴とする光導波路。
2. コアの少なくとも一部が金属膜で覆われていることが、コアの底面が、基板の表面に形成された金属膜に接触した状態となっている請求項１記載の光導波路。
3. コアの少なくとも一部が金属膜で覆われていることが、コアの底面が、基板の表面に形成された金属膜に接触した状態となっているとともに、コアの側面および天井面が金属膜で覆われた状態となっている請求項１記載の光導波路。
4. コアがアンダークラッド層の表面に接触した状態で形成され、コアの少なくとも一部が金属膜で覆われていることが、コアの側面および天井面が金属膜で覆われた状態となっている請求項１記載の光導波路。

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