JP3229871B2 - 微細形状転写方法および光学部品の製造方法 - Google Patents
微細形状転写方法および光学部品の製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基材の表面に微細
加工を施す方法に関し、また表面に微細加工を施した光
学部品、例えば光導波路、回折格子、偏光子などの製造
方法に関するものである。
加工を施す方法に関し、また表面に微細加工を施した光
学部品、例えば光導波路、回折格子、偏光子などの製造
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光通信、光ディスク、ディスプレイ、光
センサなどの光学機器関連市場の進展に伴い、光学部品
には性能とコストとの両立が求められている。特に、そ
れ自身は動作しない受動光部品に対しては、低価格化の
要望が高まっている。
センサなどの光学機器関連市場の進展に伴い、光学部品
には性能とコストとの両立が求められている。特に、そ
れ自身は動作しない受動光部品に対しては、低価格化の
要望が高まっている。
【０００３】特に光導波路や回折格子は、表面に非常に
微細で正確なパターンを必要とする。このようなパター
ンの形成には、一般には半導体プロセスに多用されてい
るドライエッチングが用いられる。以下、ドライエッチ
ングによる微細加工の一例として光通信用のシングルモ
ード光導波路の製造プロセスについて図を参照しながら
説明する。
微細で正確なパターンを必要とする。このようなパター
ンの形成には、一般には半導体プロセスに多用されてい
るドライエッチングが用いられる。以下、ドライエッチ
ングによる微細加工の一例として光通信用のシングルモ
ード光導波路の製造プロセスについて図を参照しながら
説明する。
【０００４】図７は、一般的な石英系シングルモード光
導波路の平面図（図７（ａ））、および断面図（図７
（ｂ）：図７（ａ）のＡ−Ａ断面図）である。コア７１
はクラッド７２よりも屈折率が高いので、特定の条件を
満たす光はコアパターン内に閉じこめられて伝達され
る。コア７１を図７（ａ）のようにパターン化すること
により光回路を構成できる。波長１．３〜１．５５μｍ
帯においては、コア７１は、一般には一辺が８μｍ程度
の正方形の断面を有する。コア形状、およびコア表面荒
さは光の伝搬性能に大きく影響する。
導波路の平面図（図７（ａ））、および断面図（図７
（ｂ）：図７（ａ）のＡ−Ａ断面図）である。コア７１
はクラッド７２よりも屈折率が高いので、特定の条件を
満たす光はコアパターン内に閉じこめられて伝達され
る。コア７１を図７（ａ）のようにパターン化すること
により光回路を構成できる。波長１．３〜１．５５μｍ
帯においては、コア７１は、一般には一辺が８μｍ程度
の正方形の断面を有する。コア形状、およびコア表面荒
さは光の伝搬性能に大きく影響する。
【０００５】図８は、従来の石英系光導波路の一般的な
製造方法を示した工程図である（参考文献としては、例
えば、河内、オプトロニクス No.8,85,1988）。図示し
た工程においては、まず、下部クラッド層を兼ねた石英
基板８２に火炎堆積法によりコア膜８１が形成される
（図８（ａ））。なお、石英基板以外の材料の基板を用
いる場合には、先に下部クラッド層を火炎堆積法にて形
成しておく。次に、フォトリソグラフィおよびドライエ
ッチングを用いることにより、コア膜を所定のパターン
にパターニングする（図８（ｂ））。さらに上部クラッ
ド層８３を火炎堆積法により形成する（図８（ｃ））。
このような方法により、低損失な光導波路が作製されて
きた。
製造方法を示した工程図である（参考文献としては、例
えば、河内、オプトロニクス No.8,85,1988）。図示し
た工程においては、まず、下部クラッド層を兼ねた石英
基板８２に火炎堆積法によりコア膜８１が形成される
（図８（ａ））。なお、石英基板以外の材料の基板を用
いる場合には、先に下部クラッド層を火炎堆積法にて形
成しておく。次に、フォトリソグラフィおよびドライエ
ッチングを用いることにより、コア膜を所定のパターン
にパターニングする（図８（ｂ））。さらに上部クラッ
ド層８３を火炎堆積法により形成する（図８（ｃ））。
このような方法により、低損失な光導波路が作製されて
きた。
【０００６】一方、近年では、光導波路材料として、石
英系材料に加えて樹脂も検討されている。現状では、樹
脂材料は透過性能および信頼性において石英よりも劣
る。しかし、樹脂材料は成形が容易であり、また波長６
５０〜８５０ｎｍ付近においては透過性能も優れてお
り、非常に有望な光導波路材料である。具体的な樹脂材
料としては、透明性に優れたポリメチルメタクリレート
（ＰＭＭＡ）などが知られている。最近ではＰＭＭＡを
ベースとして、重水素化やフッ素化を行うことにより、
１．３〜１．５５μｍの波長域で低吸収化を図ることも
検討されている。
英系材料に加えて樹脂も検討されている。現状では、樹
脂材料は透過性能および信頼性において石英よりも劣
る。しかし、樹脂材料は成形が容易であり、また波長６
５０〜８５０ｎｍ付近においては透過性能も優れてお
り、非常に有望な光導波路材料である。具体的な樹脂材
料としては、透明性に優れたポリメチルメタクリレート
（ＰＭＭＡ）などが知られている。最近ではＰＭＭＡを
ベースとして、重水素化やフッ素化を行うことにより、
１．３〜１．５５μｍの波長域で低吸収化を図ることも
検討されている。
【０００７】樹脂材料による光導波路の製造は、主にス
ピンコートでコア層およびクラッド層を形成し、コア層
のパターニングはドライエッチングを用いる方法が一般
的である。樹脂材料は、石英系材料と比較して膜堆積の
時間が短く、またアニール温度も２００〜３００℃程度
で低いために生産性がよい。
ピンコートでコア層およびクラッド層を形成し、コア層
のパターニングはドライエッチングを用いる方法が一般
的である。樹脂材料は、石英系材料と比較して膜堆積の
時間が短く、またアニール温度も２００〜３００℃程度
で低いために生産性がよい。
【０００８】以上のように、従来の光導波路の製造にお
いては、石英系、樹脂とも、コアのパターニングにはド
ライエッチングが用いられている。
いては、石英系、樹脂とも、コアのパターニングにはド
ライエッチングが用いられている。
【０００９】しかし、ドライエッチングは、複雑で多く
の設備が必要なプロセスである。従って、コストを考慮
すれば、半導体デバイスはともかく、受動光部品の製造
には向いているとは言い難い。このような事情から、光
学部品の製造については、様々な方法が提案されてい
る。特にプレス成形、射出成形などの成形工法は有望視
されている。
の設備が必要なプロセスである。従って、コストを考慮
すれば、半導体デバイスはともかく、受動光部品の製造
には向いているとは言い難い。このような事情から、光
学部品の製造については、様々な方法が提案されてい
る。特にプレス成形、射出成形などの成形工法は有望視
されている。
【００１０】プレス成形の提案例としては、専らガラス
素材を対象にしたものであるが、特開平８−３２０４２
０号公報に記載の方法がある。この方法は、光導波路の
製造法であって、図９に示すように、所定のコアパター
ン９２を形成した型９１を下部クラッドを兼ねた母材９
３に高温下で押しつけることにより、コアパターンとな
る溝部を一括して形成する方法である。この方法は、従
来用いていたフォトリソグラフィおよびドライエッチン
グ工程を省略し、効率良く光導波路を形成することがで
きる。
素材を対象にしたものであるが、特開平８−３２０４２
０号公報に記載の方法がある。この方法は、光導波路の
製造法であって、図９に示すように、所定のコアパター
ン９２を形成した型９１を下部クラッドを兼ねた母材９
３に高温下で押しつけることにより、コアパターンとな
る溝部を一括して形成する方法である。この方法は、従
来用いていたフォトリソグラフィおよびドライエッチン
グ工程を省略し、効率良く光導波路を形成することがで
きる。
【００１１】なお、金属反射膜にプレス成形によりパタ
ーン転写して回折格子を製造する方法も提案されている
（特開平１０−９６８０８号公報）。
ーン転写して回折格子を製造する方法も提案されている
（特開平１０−９６８０８号公報）。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】特開平８−３２０４２
０号公報に記載されたようなプレス成形を利用した微細
パターンの転写方法は、概略、以下のとおりである。ま
ず、基材（被加工物）を加熱して軟化させた状態で型に
接触させ、この状態を保持したまま冷却し、基材の形状
が固まった状態で型と分離する。この場合、図１０に示
したように、型１０１に形成した凸部１０３は、必要と
する導波路のパターンに対応して設けられ、この凸部１
０３が樹脂基板１０２に押しつけられて、樹脂基板１０
２に反転パターンが形成される。
０号公報に記載されたようなプレス成形を利用した微細
パターンの転写方法は、概略、以下のとおりである。ま
ず、基材（被加工物）を加熱して軟化させた状態で型に
接触させ、この状態を保持したまま冷却し、基材の形状
が固まった状態で型と分離する。この場合、図１０に示
したように、型１０１に形成した凸部１０３は、必要と
する導波路のパターンに対応して設けられ、この凸部１
０３が樹脂基板１０２に押しつけられて、樹脂基板１０
２に反転パターンが形成される。
【００１３】しかしながら、このような転写方法では、
高いパターン精度が得られない場合があった。このパタ
ーン精度の低下は、熱膨張係数の差に起因すると考えら
れる。すなわち、加熱により軟化した基材を型と接触さ
せて冷却すると、基材と型との熱膨張係数の差に起因し
て熱応力が発生する。その結果、基材に転写されるパタ
ーンの精度が低下し、型が強度的に弱い場合は型が破損
する。このような問題は、樹脂材料を用いた場合に特に
顕著となる。樹脂材料は、型の材料として用いられる石
英などの材料と比べると、１〜２桁程度も熱膨張係数が
大きいからである。
高いパターン精度が得られない場合があった。このパタ
ーン精度の低下は、熱膨張係数の差に起因すると考えら
れる。すなわち、加熱により軟化した基材を型と接触さ
せて冷却すると、基材と型との熱膨張係数の差に起因し
て熱応力が発生する。その結果、基材に転写されるパタ
ーンの精度が低下し、型が強度的に弱い場合は型が破損
する。このような問題は、樹脂材料を用いた場合に特に
顕著となる。樹脂材料は、型の材料として用いられる石
英などの材料と比べると、１〜２桁程度も熱膨張係数が
大きいからである。
【００１４】本発明者が具体的に検討したところによる
と、型を用いて樹脂基板に転写するとミクロンオーダの
レベルで溝の幅が広がり、溝形状が乱れてしまう。この
現象は、樹脂基板が型よりも大きく収縮するため、樹脂
基板がその転写中央部に向かって収縮した結果であると
考えられる。この現象は転写面が平面であると顕著に起
こった。また、微細形状の断面が矩形状であるとパター
ン乱れの程度が大きかった。
と、型を用いて樹脂基板に転写するとミクロンオーダの
レベルで溝の幅が広がり、溝形状が乱れてしまう。この
現象は、樹脂基板が型よりも大きく収縮するため、樹脂
基板がその転写中央部に向かって収縮した結果であると
考えられる。この現象は転写面が平面であると顕著に起
こった。また、微細形状の断面が矩形状であるとパター
ン乱れの程度が大きかった。
【００１５】このように、樹脂材料は低温で成形でき、
製造コスト上も有利であるにも拘わらず、プレス成形に
よりパターンを転写しようとすると、微細なパターンを
正確に転写できないという問題があった。
製造コスト上も有利であるにも拘わらず、プレス成形に
よりパターンを転写しようとすると、微細なパターンを
正確に転写できないという問題があった。
【００１６】本発明は、上記従来の問題を解決するべ
く、効率良く、精度の高い微細形状を転写する方法を提
供することを目的とする。
く、効率良く、精度の高い微細形状を転写する方法を提
供することを目的とする。
【００１７】また、この転写方法を利用した光導波路な
どの光学部品の製造方法を提供することを目的とする。
どの光学部品の製造方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の微細形状転写方法は、転写面を備え、前記
転写面に形成された凹凸パターンを含む型を準備し、加
熱により軟化した基材に前記転写面を加圧して押しつけ
たのち、強制的に前記型を前記基材から引き離して、前
記基材の表面に前記凹凸パターンの反転パターンを転写
する微細形状転写方法であって、前記型を前記基材に押
しつける温度をＴ1（℃）、前記型を前記基材から引き
離す温度をＴ2（℃）、前記型、および前記基材の熱膨
張係数をそれぞれαa、αbとし、前記転写面の転写中心
と前記凹凸パターンの最大距離をｄ（ｍｍ）とすると
き、 Ｔ1≧Ｔ2 （１） ｜αa−αb｜・（Ｔ1−Ｔ2）・ｄ≦４×１０-2 （２） の関係を同時に満足することを特徴とするものである。
に、本発明の微細形状転写方法は、転写面を備え、前記
転写面に形成された凹凸パターンを含む型を準備し、加
熱により軟化した基材に前記転写面を加圧して押しつけ
たのち、強制的に前記型を前記基材から引き離して、前
記基材の表面に前記凹凸パターンの反転パターンを転写
する微細形状転写方法であって、前記型を前記基材に押
しつける温度をＴ1（℃）、前記型を前記基材から引き
離す温度をＴ2（℃）、前記型、および前記基材の熱膨
張係数をそれぞれαa、αbとし、前記転写面の転写中心
と前記凹凸パターンの最大距離をｄ（ｍｍ）とすると
き、 Ｔ1≧Ｔ2 （１） ｜αa−αb｜・（Ｔ1−Ｔ2）・ｄ≦４×１０-2 （２） の関係を同時に満足することを特徴とするものである。
【００１９】本発明は型の転写面が平面、または段差状
の平面である場合に特に好適である。
の平面である場合に特に好適である。
【００２０】また、本発明は凹凸パターンの断面形状が
矩形状である場合に特に好適である。
矩形状である場合に特に好適である。
【００２１】また、本発明は｜αa−αb｜が５０×１０
-7／℃以上である場合に特に好適である。
-7／℃以上である場合に特に好適である。
【００２２】また、本発明は凹凸パターンのライン幅が
１００μｍ以下である場合に特に好適である。
１００μｍ以下である場合に特に好適である。
【００２３】また、本発明は凹凸パターンの深さが１μ
ｍ以上である場合に特に好適である。
ｍ以上である場合に特に好適である。
【００２４】また、本発明の上記方法においては、基材
が光学的に透明な熱可塑性樹脂、またはガラスであるこ
とが好ましい。熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン
系、ポリメチルメタクリレート系、ポリカーボネート
系、ノルボルネン系およびアクリル系から選ばれるいず
れかの樹脂が好ましい。
が光学的に透明な熱可塑性樹脂、またはガラスであるこ
とが好ましい。熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン
系、ポリメチルメタクリレート系、ポリカーボネート
系、ノルボルネン系およびアクリル系から選ばれるいず
れかの樹脂が好ましい。
【００２５】本発明に関連する微細形状転写装置は微細
形状を有する転写面を備えた第１の型と、 前記第１
の型に対向する第２の型を備え、前記第１、第２の型の
いずれかを駆動する 機構を備え、前記第１、第２の
型を温度制御する加熱源を備え、前記第２の型に基材
を吸着固定する真空チャックを備えたことを特徴とす
るものである。
形状を有する転写面を備えた第１の型と、 前記第１
の型に対向する第２の型を備え、前記第１、第２の型の
いずれかを駆動する 機構を備え、前記第１、第２の
型を温度制御する加熱源を備え、前記第２の型に基材
を吸着固定する真空チャックを備えたことを特徴とす
るものである。
【００２６】本発明の光学部品の製造方法は、上記に記
載の微細形状転写方法により、光を制御するパターンを
形成することを特徴とする。本発明の光学部品として
は、例えば光導波路、回折格子、偏光子、レンズがあげ
られる。光学部品が光導波路である場合には、本発明の
微細形状転写方法により、コアに対応したパターンが形
成される。
載の微細形状転写方法により、光を制御するパターンを
形成することを特徴とする。本発明の光学部品として
は、例えば光導波路、回折格子、偏光子、レンズがあげ
られる。光学部品が光導波路である場合には、本発明の
微細形状転写方法により、コアに対応したパターンが形
成される。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態について説明する。
明の実施の形態について説明する。
【００２８】図１は本発明の微細形状転写方法にて用い
たプレス成形装置を示している。装置は、上下１対のヒ
ーターブロック１１，１２を備えている。上部ヒーター
ブロック１１は上下方向に可動であり、下部ヒーターブ
ロック１２は固定である。上型１３は上部ヒーターブロ
ック１１に転写面を下にして固定されている。上型１３
は２０ｍｍ×２０ｍｍサイズの石英からなり、平面状の
転写面にはドライエッチングで形成された微細形状を有
している。図２は上型２１の転写面に形成されたパター
ンの一例である。平面図（図２（ａ））、および断面図
（図２（ｂ）：図２（ａ）のＡ−Ａ断面図）である。こ
こではパターンが凸状になったパターンを示している。
凸パターン２２の深さは約５μｍ、パターン幅は約８μ
ｍである。
たプレス成形装置を示している。装置は、上下１対のヒ
ーターブロック１１，１２を備えている。上部ヒーター
ブロック１１は上下方向に可動であり、下部ヒーターブ
ロック１２は固定である。上型１３は上部ヒーターブロ
ック１１に転写面を下にして固定されている。上型１３
は２０ｍｍ×２０ｍｍサイズの石英からなり、平面状の
転写面にはドライエッチングで形成された微細形状を有
している。図２は上型２１の転写面に形成されたパター
ンの一例である。平面図（図２（ａ））、および断面図
（図２（ｂ）：図２（ａ）のＡ−Ａ断面図）である。こ
こではパターンが凸状になったパターンを示している。
凸パターン２２の深さは約５μｍ、パターン幅は約８μ
ｍである。
【００２９】成形される基材１４として、ここではポリ
オレフィン系の熱可塑性樹脂を用いた。この樹脂は光学
的に透明であり、ガラス転移温度は１４０℃で荷重たわ
み温度は１２３℃である。基材のサイズは８ｍｍ×８ｍ
ｍで、下部ヒータブロック１２上に固定された平面状の
下型１５の上に設置されている。基材１４は下型１５に
真空チャックにより固定されている。
オレフィン系の熱可塑性樹脂を用いた。この樹脂は光学
的に透明であり、ガラス転移温度は１４０℃で荷重たわ
み温度は１２３℃である。基材のサイズは８ｍｍ×８ｍ
ｍで、下部ヒータブロック１２上に固定された平面状の
下型１５の上に設置されている。基材１４は下型１５に
真空チャックにより固定されている。
【００３０】以下、図１を用いた微細形状の転写方法に
ついて説明する。
ついて説明する。
【００３１】成形機に上型である石英型１３と被加工物
である樹脂基板１４とを石英型１３の転写面が樹脂基板
１４に接するように重ねて配置した。このとき、石英型
１３と樹脂基板１４の中心をほぼ一致させた。この状態
で、上下のヒータブロック１１，１２に通電し、樹脂基
板１４を１８０℃に加熱して軟化させ、石英型１３が固
定された上部ヒータブロック１１を下方に動かして押圧
した。石英型１３の凸パターンが樹脂基板１４に食い込
んだ状態で、上下のヒーター通電を制御してヒータ温度
を１５０℃に下げ、これから上部ヒーターブロック１１
を引き上げて上型１３を樹脂基板１４から強制的に引き
離した。このとき、樹脂基板１４は真空チャックによっ
て下型１５に固定されており、歪みや変形をすることな
く上型１３と抵抗なく離れた。その後、樹脂基板１４は
室温付近まで冷却され、成形機から取り出された。
である樹脂基板１４とを石英型１３の転写面が樹脂基板
１４に接するように重ねて配置した。このとき、石英型
１３と樹脂基板１４の中心をほぼ一致させた。この状態
で、上下のヒータブロック１１，１２に通電し、樹脂基
板１４を１８０℃に加熱して軟化させ、石英型１３が固
定された上部ヒータブロック１１を下方に動かして押圧
した。石英型１３の凸パターンが樹脂基板１４に食い込
んだ状態で、上下のヒーター通電を制御してヒータ温度
を１５０℃に下げ、これから上部ヒーターブロック１１
を引き上げて上型１３を樹脂基板１４から強制的に引き
離した。このとき、樹脂基板１４は真空チャックによっ
て下型１５に固定されており、歪みや変形をすることな
く上型１３と抵抗なく離れた。その後、樹脂基板１４は
室温付近まで冷却され、成形機から取り出された。
【００３２】取り出した樹脂基板の表面および断面を、
光学顕微鏡および電子顕微鏡を用いて観察したところ、
約２０ｍｍφの樹脂基板全面にわたって、石英型の凸パ
ターンが正確に転写された微細パターンの溝が確認でき
た。
光学顕微鏡および電子顕微鏡を用いて観察したところ、
約２０ｍｍφの樹脂基板全面にわたって、石英型の凸パ
ターンが正確に転写された微細パターンの溝が確認でき
た。
【００３３】引き続いて、樹脂基板の溝に、樹脂基板よ
りも屈折率が０．３％程度高いエポキシ樹脂を埋め込
み、さらにその上部から上記と同一材料からなる樹脂平
板基板を貼り合わせた。このようにして、図３に示した
光導波路を作製した。
りも屈折率が０．３％程度高いエポキシ樹脂を埋め込
み、さらにその上部から上記と同一材料からなる樹脂平
板基板を貼り合わせた。このようにして、図３に示した
光導波路を作製した。
【００３４】この光導波路は、エポキシ樹脂をコア３２
として、ポリオレフィン樹脂基板をクラッド３１、３３
として備えている。この光導波路は、十分な実用性を備
えていた。
として、ポリオレフィン樹脂基板をクラッド３１、３３
として備えている。この光導波路は、十分な実用性を備
えていた。
【００３５】さらに型を樹脂基板に押しつける温度であ
る成形温度と、型を樹脂基板から引き離す温度である離
型温度をパラメータとして成形検討を行い、成形後に樹
脂基板の観察を行った。結果の一例を表１に掲載する。
る成形温度と、型を樹脂基板から引き離す温度である離
型温度をパラメータとして成形検討を行い、成形後に樹
脂基板の観察を行った。結果の一例を表１に掲載する。
【００３６】
【表１】
【００３７】表１については転写面の転写中心から１ｃ
ｍの位置にて転写形状の良否を観察した。ここで、サブ
ミクロンの精度で転写されているものを○、そうでない
ものを×と判断した。
ｍの位置にて転写形状の良否を観察した。ここで、サブ
ミクロンの精度で転写されているものを○、そうでない
ものを×と判断した。
【００３８】樹脂基板上に転写した溝断面を電子顕微鏡
で観察した写真を図４、図５に示す。
で観察した写真を図４、図５に示す。
【００３９】図４、図５は成形された樹脂基板に金属膜
をコートし、エポキシ樹脂の中に包埋して研磨して断面
出しを行ったもので、下部が成形済み基板である。白い
境界線は金属膜である。図４は転写性が良と判断した成
形温度１８０℃、離型温度１５０℃の条件で得たもの、
図５は転写性が不良と判断した成形温度１８０℃、離型
温度８０℃の条件で得たものである。
をコートし、エポキシ樹脂の中に包埋して研磨して断面
出しを行ったもので、下部が成形済み基板である。白い
境界線は金属膜である。図４は転写性が良と判断した成
形温度１８０℃、離型温度１５０℃の条件で得たもの、
図５は転写性が不良と判断した成形温度１８０℃、離型
温度８０℃の条件で得たものである。
【００４０】また、図６は転写性が良であった成形温度
１８０℃、離型温度１５０℃の条件で得た溝パターンに
ついて表面荒さを非接触荒さ計によって測定したもので
ある。
１８０℃、離型温度１５０℃の条件で得た溝パターンに
ついて表面荒さを非接触荒さ計によって測定したもので
ある。
【００４１】溝を表面からみた写真と重ね合わせてお
り、溝幅は７．８μｍ、溝深さは４．６８μｍである。
成形樹脂基板表面に凹凸があるが、これはもともと石英
型に存在していたものである。これにより、溝が垂直で
サブミクロンレベル以下の荒さで転写されていることが
確認できた。
り、溝幅は７．８μｍ、溝深さは４．６８μｍである。
成形樹脂基板表面に凹凸があるが、これはもともと石英
型に存在していたものである。これにより、溝が垂直で
サブミクロンレベル以下の荒さで転写されていることが
確認できた。
【００４２】上記の結果について次の式１を
【００４３】
【数１】 Ｍ＝｜αa−αb｜・（Ｔ1−Ｔ2）・ｄ ・・・・・式１ を計算した。ここでαa、αbはそれぞれ型である石英、
および被成形物であるポリオレフィン系樹脂の熱膨張係
数で、それぞれ５×１０-7／℃、６００×１０-7／℃で
ある。また、Ｔ1は成形温度、Ｔ2は離型温度である。ｄ
（ｍｍ）は転写性を評価した位置と転写中心との距離で
ある。
および被成形物であるポリオレフィン系樹脂の熱膨張係
数で、それぞれ５×１０-7／℃、６００×１０-7／℃で
ある。また、Ｔ1は成形温度、Ｔ2は離型温度である。ｄ
（ｍｍ）は転写性を評価した位置と転写中心との距離で
ある。
【００４４】表１の各成形条件に関して式１を計算する
とＭ≦４×１０-2の場合に良好な転写性が得られること
が判明した。このような関係は被成形基板としてポリメ
チルメタクリレート系、ポリカーボネート系、アクリル
系、ノルボルネン系等の熱可塑性樹脂、あるいはガラス
を用い、型母材としてニッケルをはじめ各種金属材料、
ジルコニアなどの各種セラミック材料、ＷＣ系超硬合金
やダイヤモンド膜、ＤＬＣを用い、いろいろな型材料と
被成形材料の組み合わせで成形条件を変えて行っても、
同様の結果が得られることを見出した。すなわち、式１
の条件を満足する成形条件であれば微細な形状を転写す
ることが可能であることが判明した。
とＭ≦４×１０-2の場合に良好な転写性が得られること
が判明した。このような関係は被成形基板としてポリメ
チルメタクリレート系、ポリカーボネート系、アクリル
系、ノルボルネン系等の熱可塑性樹脂、あるいはガラス
を用い、型母材としてニッケルをはじめ各種金属材料、
ジルコニアなどの各種セラミック材料、ＷＣ系超硬合金
やダイヤモンド膜、ＤＬＣを用い、いろいろな型材料と
被成形材料の組み合わせで成形条件を変えて行っても、
同様の結果が得られることを見出した。すなわち、式１
の条件を満足する成形条件であれば微細な形状を転写す
ることが可能であることが判明した。
【００４５】なお、本実施の形態では、光導波路の製造
について説明したが、本発明の方法は、これに限ること
なく、光学部品、機構部品、マイクロメカニクス関連部
品など微細パターンを必要とするあらゆる部品の製造に
適している。特に高精度光学部品である光導波路、回折
格子、偏光子、レンズの製造に適している。
について説明したが、本発明の方法は、これに限ること
なく、光学部品、機構部品、マイクロメカニクス関連部
品など微細パターンを必要とするあらゆる部品の製造に
適している。特に高精度光学部品である光導波路、回折
格子、偏光子、レンズの製造に適している。
【００４６】また、本実施の形態では、凸パターンを備
えた型を用いたが、パターンは、凹パターンであって
も、あるいは凹凸をともに備えたパタ−ンであっても、
同様の効果を得ることができる。パターン断面形状とし
ては特に限定されない。例えば、台形形状、三角形状、
ウエーブ状などに有効であるが、 特に熱膨張の影響を
受けやすくパターンの崩れが発生しやすい平面状の転写
面で、矩形断面の微細形状に対してとりわけ効果的であ
る。
えた型を用いたが、パターンは、凹パターンであって
も、あるいは凹凸をともに備えたパタ−ンであっても、
同様の効果を得ることができる。パターン断面形状とし
ては特に限定されない。例えば、台形形状、三角形状、
ウエーブ状などに有効であるが、 特に熱膨張の影響を
受けやすくパターンの崩れが発生しやすい平面状の転写
面で、矩形断面の微細形状に対してとりわけ効果的であ
る。
【００４７】また、本実施の形態では図２に示すような
平面パターン形状について述べたが、これに限るもので
はない。
平面パターン形状について述べたが、これに限るもので
はない。
【００４８】また、各種素材について検討したところ、
型と基材との熱膨張係数の差が、５０×１０-7／℃以上
あり、パタ−ンの幅が１００μｍ以下で、凹凸パターン
の深さが１μｍ以上である場合に、本発明の方法が特に
効果的であった。
型と基材との熱膨張係数の差が、５０×１０-7／℃以上
あり、パタ−ンの幅が１００μｍ以下で、凹凸パターン
の深さが１μｍ以上である場合に、本発明の方法が特に
効果的であった。
【００４９】また、型の材料、および被成形材料につい
ては特に限定はないが熱膨張係数が比較的大きな熱可塑
性樹脂に対して特に効果がある。型に保護コ−ティング
を施こし、成形を不活性ガス雰囲気で行えば、ガラス材
料に対しても微細パターンの転写が可能である。
ては特に限定はないが熱膨張係数が比較的大きな熱可塑
性樹脂に対して特に効果がある。型に保護コ−ティング
を施こし、成形を不活性ガス雰囲気で行えば、ガラス材
料に対しても微細パターンの転写が可能である。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
効率良く、精度の高い微細パターンを転写することがで
きる。
効率良く、精度の高い微細パターンを転写することがで
きる。
【００５１】また、効率良く、光導波路などの光学部品
を製造することもできる。
を製造することもできる。
【００５２】特に、本発明は、熱膨張係数が大きいこと
が光学部品の材料としては問題であった樹脂材料に対し
ても、広い面積に微細で正確なパターン転写を可能とす
るものである。
が光学部品の材料としては問題であった樹脂材料に対し
ても、広い面積に微細で正確なパターン転写を可能とす
るものである。
【００５３】このように、本発明によれば、光導波路、
回折格子をはじめとする各種光学部品を効率良く製造す
ることが可能となる。
回折格子をはじめとする各種光学部品を効率良く製造す
ることが可能となる。
【図１】本発明の微細形状転写方法の一実施の形態で用
いるプレス成形装置の構成を示すための断面図である。
いるプレス成形装置の構成を示すための断面図である。
【図２】本発明の微細形状転写方法の一実施の形態で用
いる型の転写面に形成したパターンを示す図である。
いる型の転写面に形成したパターンを示す図である。
【図３】図１に示す装置により形成された光導波路の例
を示す断面斜視図である。
を示す断面斜視図である。
【図４】本発明の一実施の形態により、良好な転写を得
た樹脂基板の断面ＳＥＭ写真である。
た樹脂基板の断面ＳＥＭ写真である。
【図５】本発明の一実施の形態により、転写性が不良で
あった樹脂基板の断面ＳＥＭ写真である。
あった樹脂基板の断面ＳＥＭ写真である。
【図６】本発明の一実施の形態により、良好な転写を得
た樹脂基板の表面形状の測定写真である。
た樹脂基板の表面形状の測定写真である。
【図７】一般的な石英系シングルモード光導波路の平面
図（ａ）および断面図（ｂ）である。
図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図８】従来の一般的な光導波路の製造方法を示すため
の工程図である。
の工程図である。
【図９】従来のプレス成形による光導波路の製造方法を
示すための断面図である。
示すための断面図である。
【図１０】プレス成形による光導波路の製造方法に用い
られる従来のパターンの一例である。
られる従来のパターンの一例である。
１１ 上部ヒーターブロック １２ 下部ヒーターブロック １３、２１ 上型（石英） １４ 樹脂基板 １５ 下型 ２２ 凸状パターン ３１、３３ クラッド ３２ コア
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−270633（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−258903（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−320420（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−327844（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−16315（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−312971（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B29C 59/02 B29C 33/00 - 33/76 G02B 5/18 G02B 6/13
Claims (10)
- 【請求項１】 凸のみ、凹のみ、あるいは凹凸をともに
備えた凹凸パターンが形成された転写面を有する型を準
備し、 加熱により軟化した基材に、前記転写面を加圧して押し
つけたのち、強制的に前記型を前記基材から引き離し
て、前記基材の表面に前記凹凸パターンを転写する微細
形状転写方法であって、 前記型を前記基材に押しつける温度をＴ1（℃）、前記
型を前記基材から引き離す温度をＴ2（℃）、前記型、
および前記基材の熱膨張係数をそれぞれαa、αbとし、
前記転写面の転写中心と前記凹凸パターンの最大距離を
ｄ（ｍｍ）とするとき、 Ｔ1≧Ｔ2 （１） ｜αa−αb｜・（Ｔ1−Ｔ2）・ｄ≦４×１０-2 （２） の関係を同時に満足することを特徴とする微細形状転写
方法。 - 【請求項２】 前記型の転写面が平面、もしくは段差状
の平面であることを特徴とする請求項１に記載の微細形
状転写方法。 - 【請求項３】 前記凹凸パターンの断面形状が矩形状で
あることを特徴とする請求項１又は２に記載の微細形状
転写方法。 - 【請求項４】 前記｜αa−αb｜が５０×１０-7／℃以
上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
載の微細形状転写方法。 - 【請求項５】 前記凹凸パターンのライン幅が１００μ
ｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか
に記載の微細形状転写方法。 - 【請求項６】 前記凹凸パターンの深さが１μｍ以上で
あることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の
微細形状転写方法。 - 【請求項７】 前記基材が光学的に透明な熱可塑性樹
脂、またはガラスであることを特徴とする請求項１〜６
のいずれかに記載の微細形状転写方法。 - 【請求項８】 前記熱可塑性樹脂が、ポリオレフィン
系、ポリメチルメタクリレート系およびポリカーボネー
ト系、のいずれかの樹脂であることを特徴とする請求項
７記載の微細形状転写方法。 - 【請求項９】 請求項１〜８のいずれかに記載の微細形
状転写方法により、光学部品における、光を制御するた
めのパターンを形成することを特徴とする光学部品の製
造方法。 - 【請求項１０】 請求項１〜８のいずれかに記載の微細
形状転写方法により、光学部品のコアに対応するパター
ンを形成することを特徴とする光導波路の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19961699A JP3229871B2 (ja) | 1999-07-13 | 1999-07-13 | 微細形状転写方法および光学部品の製造方法 |
| US09/609,250 US6989114B1 (en) | 1999-07-13 | 2000-06-30 | Micro-shape transcription method, micro-shape transcription apparatus, and optical-component manufacture method |
| EP00114317A EP1068945B1 (en) | 1999-07-13 | 2000-07-04 | Micro-shape transcription method for producing optical-components |
| DE60042227T DE60042227D1 (de) | 1999-07-13 | 2000-07-04 | Mikroherstellungsverfahren zur Herstellung von optischen Komponenten |
| US11/253,560 US20060038309A1 (en) | 1999-07-13 | 2005-10-20 | Micro-shape transcription method, micro-shape transcription apparatus, and optical-component manufacture method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19961699A JP3229871B2 (ja) | 1999-07-13 | 1999-07-13 | 微細形状転写方法および光学部品の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001026052A JP2001026052A (ja) | 2001-01-30 |
| JP3229871B2 true JP3229871B2 (ja) | 2001-11-19 |
Family
ID=16410827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19961699A Expired - Fee Related JP3229871B2 (ja) | 1999-07-13 | 1999-07-13 | 微細形状転写方法および光学部品の製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6989114B1 (ja) |
| EP (1) | EP1068945B1 (ja) |
| JP (1) | JP3229871B2 (ja) |
| DE (1) | DE60042227D1 (ja) |
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| GB2365815B (en) * | 1999-01-22 | 2002-10-30 | Sony Corp | Manufacture of optical elements |
| JP4099887B2 (ja) * | 1999-01-22 | 2008-06-11 | ソニー株式会社 | 光学素子の製造方法、並びに光学素子製造用金型 |
| WO2003020488A1 (de) * | 2001-08-30 | 2003-03-13 | Zeptosens Ag | Verfahren zur herstellung von abformkörpern, insbesondere optischen strukturen, und deren verwendung |
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