JP5749068B2

JP5749068B2 - 光路変換機能を有する光導波路の製造方法

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Publication number: JP5749068B2
Application number: JP2011104851A
Authority: JP
Inventors: 斎藤　誠一; 誠一斎藤; 佳寛石川; 智幸岩島
Original assignee: Adeka Corp
Current assignee: Adeka Corp
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2015-07-15
Anticipated expiration: 2031-05-10
Also published as: JP2012237778A

Description

本発明は、光通信、光情報処理等で用いられる光路変換機能を有する光導波路の製造方法に関する。

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、光通信、光情報処理等の分野で広く用いられており、光硬化性樹脂やポジ型感光性樹脂等の高分子樹脂材料を使用したポリマー光導波路の開発も盛んに行われている。
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）。

光インターコネクションをはじめとする種々の光通信用光源として、コスト、性能の点から、面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）が注目されているが、面発光レーザーからのレーザー光は基板面に対し垂直方向に出射されるため、これを基板面に対し水平に配置された光導波路に入射するには、約９０°の光路変換が必要となる。

光路変換の方法としては、光路変換用素子を用いる方法が挙げられるが、光デバイスを製造する場合に、光通信用光源、光導波路及び光路変換用素子を正確に位置決めし接着しなければならず煩雑であることから、光導波路自体に光変換ミラー面を設ける方法が提案されている。

光導波路自体に光変換ミラー面を設ける方法としては、例えば、傾斜角を有するブレードによる切削加工によって生成した研削面を光路変換ミラー面とする方法（例えば、特許文献２参照）、レーザー光で光導波路板に斜め方向の貫通孔を設け、その貫通孔の壁面を光路変換ミラー面とする方法等のレーザーアブレーションによる加工方法（例えば、特許文献３参照）、プレス成形により下部クラッド部分に傾斜面を形成し光路変換ミラー面とする方法（例えば、特許文献４参照）等が挙げられる。

特開２００５−１２８３０２号公報特開平１０−３００９６１号公報特開２０００−３４７０５２号公報特開２００３−５７４６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているような、ブレードを用いた方法では、必要な部分以外にも溝が形成されたり、低損失なミラーを作製する条件が切削条件や材料に大きく依存したりするという課題があり、また光回路基板の微細化、高密度化が困難であるという課題があった。
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。

一方、ポジ型感光性樹脂を使用してポリマー光導波路を製造する場合には、パターン化された光を照射した後、現像液を用いて不要部分を溶解除去しパターンを形成する。
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。

例えば、ポジ型感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィによりパターンを形成する場合には、通常、溶剤等で希釈されたポジ型感光性樹脂を対象材料に塗布する工程（塗布工程）、ポジ型感光性樹脂の層にパターン化された光を照射し、光が照射された部分（露光部分）の現像液への溶解性を向上させる工程（露光工程）、露光部分を現像液で溶解除去して非露光部分のパターンを残す工程（現像工程）、残された非露光部分を硬化させる工程（硬化工程）により、パターンが形成される。

ポジ型感光性樹脂は、現像液に対して難溶解性ではあるが不溶性ではないため、ポジ型感光性樹脂の層を用いたパターニングの現像工程では、露光部分ほどではないが非露光部分でも、現像液による溶解が徐々に起こる。
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。

「膜減り」は、フォトレジストの分野では微細なパターンを形成する上での障害となることから「膜減り」の少ない樹脂組成物の開発や現像方法の検討は盛んに行われているが、「膜減り」を積極的に利用したパターンの形成方法は知られていない。
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。

従って、本発明の目的は、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、簡略な工程で直接基板上に直接形成できる製造方法及び該製造方法により製造した光導波路を提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、光導波路を製造してから光路変換ミラー面を形成するのではなく、光導波路を製造する際に、光変換ミラー面を形成することができれば、光路変換機能を有する光導波路が、基板上に直接、簡略な工程で、また大量に製造することが可能となる、即ち、ポジ型感光性樹脂を使用してポリマー光導波路を製造する場合、基板上に、ポジ型感光性樹脂の層を形成させ、パターンの現像工程において光導波路の光路変換ミラー面を形成できれば、安価な方法で、多数の光路変換ミラー面が一度に形成できるようになるという着想に至った。

本発明者は、この着想に基づき、更に検討を重ねた結果、クラッド部分をポジ型感光性樹脂により形成する場合に、従来は、微細なパターンを形成する上での障害であった、現像工程において発生する「膜減り」によって形成されるパターンの側面の傾斜面が光路変換ミラー面として利用できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、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を提供するものである。

また、本発明は、クラッド部分がポジ型感光性樹脂により形成され、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、光路変換機能を有する光導波路を提供するものである。

本発明によれば、光路変換機能を有する光導波路が、基板上に直接、簡略な工程で製造できる。

図１（ａ）は、基板上にクラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂の層が形成されたことを示す概略図である。図１（ｂ）は、上記クラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂の層が硬化してクラッド部分が形成されことを示す概略図である。図１（ｃ）は、上記クラッド部分上に更にクラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂の層が形成されたことを示す概略図である。図１（ｄ）は、パターンマスクを使用した露光により、上記クラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂の層の露光部分の現像液に対する溶解性が向上したことを示す概略図である。また図１（ａ’）〜（ｄ’）は、それぞれ図１（ａ）〜（ｄ）の中央部分の断面図である。図２（ｅ）は、上記露光部分が現像液に溶解するとともに、非露光部分も徐々に溶解し、該非露光部分に「膜減り」による傾斜面（光路変換ミラー面）が形成されつつあることを示す概略図である。図２（ｆ）は、露光部分の溶解が進み、非露光部分の傾斜面がクラッド部分に達したことを示す概略図である。図２（ｇ）は、上記クラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂の層の非露光部分が硬化してクラッド部分が形成されことを示す概略図である。また図２（ｅ’）〜（ｇ’）は、それぞれ図２（ｅ）〜（ｇ）の中央部分の断面図である。図３（ｈ）は、上記クラッド部分にコア部分形成用ネガ型感光性樹脂の層が形成されたことを示す概略図である。図３（ｉ）は、パターンマスクを使用した露光により、上記コア部分形成用ネガ型感光性樹脂の層の露光部分が硬化して現像液に対して難溶性となった（コア部分が形成された）ことを示す概略図である。図３（ｊ）は、上記コア部分形成用ネガ型感光性樹脂の層の非露光部分が現像液に溶解し、露光部分（コア部分）が残ったことを示す概略図である。図３（ｋ）は、上記コア部分上にクラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂の層が形成されたことを示す概略図である。また図３（ｈ’）〜（ｋ’）は、それぞれ図３（ｈ）〜（ｋ）の中央部分の断面図である。図４（ｌ）は、光導波路の光路を確保するための、パターンマスクを使用した露光により、上記傾斜面上のクラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂の層の現像液に対する溶解性が向上したことを示す概略図である。図４（ｍ）は、上記傾斜面上のクラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂の層が現像液に溶解されて光路となる空洞部分が形成されたことを示す概略図である。図４（ｎ）は、上記クラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂の層が硬化してコア部分上にクラッド部分が形成されたことを示す概略図である。図４（ｏ）は、上記光路となる空洞部分にコア部分形成用ネガ型感光性樹脂の層が形成されたことを示す概略図である。図４（ｐ）は、上記コア部分形成用ネガ型感光性樹脂の層が硬化して上記空洞部分にコア部分が形成されたことを示す概略図である。また図４（ｌ’）〜（ｐ’）は、それぞれ図４（ｌ）〜（ｐ）の中央部分の断面図である。図５（Ａ）は光路変換ミラー面を２つ有する光導波路における光の進行方向を示す概略図であり、図５（Ｂ）は光路変換ミラー面を１つ有する光導波路における光の進行方向を示す概略図である。

以下、本発明について好ましい実施形態に基づき詳細に説明する。
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。

本願発明の光導波路の製造方法において、光導波路の光路変換ミラー面となる傾斜面を形成する「膜減り」は、本願明細書の「発明が解決しようとする課題」の項で説明したように、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という現象をいう。
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。

上記光路変換ミラー面となる傾斜面の角度は、特に限定されないが、光路が９０°に変換されることが好ましいことから、非露光部分の側面と底面とのなす角が４０〜５０°又は非露光部分の側面と上面とのなす角が１３０〜１４０°であることが好ましく、上記側面と底面とのなす角が４３〜４７°又は側面と上面とのなす角が１３３〜１３７°であることが更に好ましく、上記側面と底面とのなす角が４４〜４６°又は側面と上面とのなす角が１３４〜１３６°であることが最も好ましい。

以下、本発明の光路変換機能を有する光導波路の製造方法を、図１（ａ）〜図４（ｐ）及び図１（ａ’）〜図４（ｐ’）の概略図を用いて具体的に説明する。図１（ａ）〜図４（ｐ）は、本発明の光導波路の製造工程を示す概略図であり、図１（ａ’）〜図４（ｐ’）は、それぞれ図１（ａ）〜図４（ｐ）の中央部分の断面図である。

図１（ａ）及び（ａ’）から図２（ｇ）及び（ｇ’）は、光導波路のクラッド部分３に傾斜面が形成されるまでの工程を示す。図１（ａ）及び（ａ’）に示すように、基板１上にクラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂を塗布し、必要に応じて加熱乾燥させて、クラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂の層２が形成される。このクラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂の層２を常法により硬化させて、図１（ｂ）及び（ｂ’）に示すように、クラッド部分３（下部クラッド層）が形成される。傾斜面を形成するために、図１（ｃ）及び（ｃ’）に示すように、クラッド部分３上に、更にクラッド部分形成用のポジ型感光性樹脂を塗布し、必要に応じて加熱乾燥させて、クラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂の層２が形成される。

コア部分を形成させる溝を形成するために、図１（ｄ）及び（ｄ’）に示すように、パターンマスク４を通して、クラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂の層２に紫外線５を照射し、クラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂の層２の露光部分の、現像液に対する溶解性を向上させる（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６）。この後、露光部分を現像液で溶解すると、現像液に対する溶解性が向上した露光部分だけでなく、図２（ｅ）及び（ｅ’）に示すように、露光部分の溶解により露出した非露光部分の側面でも徐々に溶解が起こり、該非露光部分の側面には、「膜減り」により傾斜面が形成され始め、図２（ｆ）及び（ｆ’）に示すように、この傾斜面は、クラッド部分３に達し、クラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂の層２には傾斜面を有する溝が形成される。クラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂の層２を常法により硬化させることにより、図２（ｇ）及び（ｇ’）に示すように、傾斜面を有する溝のあるクラッド部分３が形成される。

図３（ｈ）及び（ｈ’）から図３（ｊ）及び（ｊ’）は、光導波路のコア部分８と光路変換ミラー面９が形成されるまでの工程を示す。尚、本発明の製造方法において、コア部分形成用の樹脂は、ポジ型感光性樹脂、ネガ型感光性樹脂の何れでもよいが、「膜減り」が少ないことからネガ型感光性樹脂が好ましい。以下では、コア部分８をネガ型感光性樹脂により形成する場合について説明するが、コア部分８をポジ型感光性樹脂で形成しても、本発明の光路変換ミラー面９を有する光導波路が製造できる。

傾斜面を有する溝のあるクラッド部分３にコア部分形成用ネガ型感光性樹脂を塗布し、必要に応じて加熱乾燥させて、図３（ｈ）及び（ｈ’）に示すように、コア部分形成用ネガ型感光性樹脂の層７が形成される。図３（ｉ）及び（ｉ’）に示すように、パターンマスク４を通して、コア部分形成用ネガ型感光性樹脂の層７の中央部分のみに紫外線５を照射して硬化させ、未硬化部分を現像液で溶解除去することで、図３（ｊ）及び（ｊ’）に示すようにコア部分８が形成される。コア部分８は、両端のクラッド部分との境界に傾斜面を有しており、この傾斜面が光路変換ミラー面９となる。

図３（ｋ）及び（ｋ’）から図４（ｎ）及び（ｎ’）は、光導波路の光路が確保されると共にクラッド部分３が形成される工程を示す。コア部分８上に、クラッド部分３を形成するために、図３（ｋ）及び（ｋ’）に示すように、コア部分８上にクラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂を塗布し、必要に応じて加熱乾燥させて、クラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂の層２が形成される。光導波路の光路を確保するために、図４（ｌ）及び（ｌ’）に示すように、パターンマスク４を通して、光路変換ミラー面９の上部のクラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂の層２に選択的に紫外線５を照射して現像液に対する溶解性を向上させた後、現像液により溶解除去して、図４（ｍ）及び（ｍ’）に示すように、光路変換ミラー面９の上部に光路となる空洞部分を形成する。残ったクラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂の層２を、図４（ｎ）及び（ｎ’）に示すように、常法により硬化させて、コア部分８上にクラッド部分３（上部クラッド層）が形成される。図４（ｎ）及び（ｎ’）のように、光路変換ミラー面９の上部に空洞部分を有したままでも、光路変換機能を有する光導波路として使用できるが、空洞部分への埃の侵入の防止や、形成した光導波路の信頼性向上の点から、この空洞部分にもコア部分８を形成することが好ましい。

図４（ｏ）及び（ｏ’）から図４（ｐ）及び（ｐ’）は、光路変換ミラー面９の上部の空洞部分にコア部分８が形成される工程を示す。光路変換ミラー面９の上部の空洞部分に、図４（ｏ）及び（ｏ’）に示すように、コア部分形成用ネガ型感光性樹脂を塗布し、必要に応じて加熱乾燥させて、コア部分形成用ネガ型感光性樹脂の層７が形成される。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の層７を、常法により硬化させて、上記空洞部分にコア部分８が形成されることにより、光路変換機能を有する光導波路が完成する。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、本発明の製造方法により得られた光導波路の光の進路を示す概略図である。図５（Ａ）に示すように、本発明の製造方法により得られた光導波路内の２つの光路変換ミラー面９により、入射光を約１８０°に光路変換することができる。入射光を約９０°に光路変換する場合には、２つの光路変換ミラー面９を有する光導波路を切断して、図５（Ｂ）のように光路変換ミラー面を１つにすればよい。

これまでの図を用いた説明では、光導波路を基板上に直接形成する場合について説明したが、光導波路は、基板上に直接形成される必要はなく、例えば、本発明の光導波路の製造方法により、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂等のフィルム上に光導波路を形成し、その後、この光導波路を基板等に装着してもよい。

上述したように、本発明の製造方法では、クラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂の層２の、非感光部分と感光部分との現像液に対する溶解速度の差を利用している。非感光部分と感光部分との現像液に対する溶解速度の差が大きい場合には、「膜減り」が少ないために、非露光部分の底面と、非露光部分の「膜減り」による側面（傾斜面）との角度が大きくなり、逆に、溶解速度の差が小さい場合には、「膜減り」が多くなって、非露光部分の底面と、非露光部分の「膜減り」による側面（傾斜面）との角度が小さくなる。
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。

本発明の製造方法では、現像時にレジストの膨潤が少なく良好な光路変換ミラー面９を形成するために、クラッド部分３は、アルカリ現像が可能なポジ型感光性樹脂を用いて、アルカリ性水溶液により現像する。現像液に対するポジ型感光性樹脂の溶解速度に与える要因としては、ベース樹脂の種類、感光剤の種類と配合量、増感剤の種類と配合量、現像液の種類と現像温度等が挙げられる。非感光部分と感光部分との現像液に対する溶解速度の調整が容易であることから、感光剤の配合量により、このような溶解速度を調整することが好ましい。感光剤の配合量により、溶解速度を調整する場合、感光剤の配合量が多いほど、非感光部分と感光部分との現像液に対する溶解速度差が大きくなって、非露光部分の「膜減り」による傾斜面の傾斜角は大きくなり、逆に、感光剤の配合量が少ないほど、溶解速度差が小さくなって、非露光部分の「膜減り」による傾斜面の傾斜角は小さくなる。

溶解度を調整するために用いられる上記感光剤としては、感光性が高く、溶解速度の調整が容易であることから、ジアゾキノン化合物が好ましく、フェノール性水酸基を有する化合物の水素原子が下記式（１）で表される基で置換された化合物（４−ジアゾナフトキノンスルホン酸エステル）又は下記式（２）で表される基で置換された化合物（５−ジアゾナフトキノンスルホン酸エステル）が更に好ましい。

このようなジアゾキノン化合物の、好ましい具体例としては、例えば、以下の式（３）〜（８）で表される化合物及びそれらの位置異性体等を例示することができる。

（式（３）〜（８）中、Ｑは上記式（１）若しくは式（２）で表される基又は水素原子である。但し、それぞれの式において、全てが水素原子であることはない。）

尚、式（５）で表される基はｉ線（波長３６５ｎｍ）領域に吸収を持つため、ｉ線露光に適し、式（６）で表される基は広範囲の波長領域に吸収が存在するため、広範囲の波長での露光に適していることから、露光する波長によって式（５）で表される基、式（６）で表される基の何れかを選択することが好ましい。

本発明の製造方法によれば、光路変換機能を有する光導波路を直接基板上に形成することが可能である。このような基板では、光学素子等を実装する場合に、はんだが用いられることから、光導波路を形成する材料にも耐熱性が要求される。耐熱性の高い光導波路が形成できるポジ型感光性樹脂としては、ポリシロキサン系のポジ型感光性樹脂が挙げられ、中でも、特開２０１０−１０１９５７号公報に記載のポジ型感光性樹脂組成物が好ましく、原料の入手の容易さや、得られる光導波路の耐熱性の点から、（Ａ）成分として、下記一般式（９）で表わされる環状シロキサン化合物と下記一般式（１０）で表わされるアリールアルコキシシラン化合物とを反応させて得られるシリコーン樹脂、（Ｂ）成分として、グリシジル基を有するシロキサン化合物、（Ｃ）成分として、ジアゾナフトキノン類、特に、上記のフェノール性水酸基を有する化合物の水素原子が上記式（１）で表される基で置換された化合物（４−ジアゾナフトキノンスルホン酸エステル）又は上記式（２）で表される基で置換された化合物（５−ジアゾナフトキノンスルホン酸エステル）、及び（Ｄ）成分として、有機溶剤を含有するポジ型感光性組成物が更に好ましい。

（式中、Ｒ¹は炭素数１〜３のアルキル基を表わし、ｍ、ｎ及びｐは、ｍ：ｎ：ｐ＝１：０〜２：０．５〜３であり、ｍ＋ｎ＋ｐ＝３〜６となる数を表す。）

（式中、Ｒ²及びＲ³は、それぞれ独立して炭素数１〜３のアルキル基を表わし、ｆは２〜３の数を表わす。）

上記（Ａ）成分である、上記一般式（９）で表わされる環状シロキサン化合物と上記一般式（１０）で表わされるアリールアルコキシシラン化合物とを反応させて得られるシリコーン樹脂は、下記一般式（９ａ）で表わされる環状シロキサン化合物と、上記一般式（１０）で表わされるアリールアルコキシシラン化合物とを反応させた後、ｔ−ブチルエステル基及びｔ−ブチルエーテル基を、特開２０１０−１０１９５７号公報に記載の方法により脱離することによっても得ることができる。

（式中、ｍ、ｎ及びｐは、上記一般式（９）と同義である。）

上記（Ｂ）成分である、グリシジル基を有するシロキサン化合物としては、基板との密着性に優れることから、下記一般式（１１）で表わされる、３−グリシドキシプロピル基を有する環状シロキサン化合物が好ましい。

（式中、ｘは３〜６の数を表わす。）

本発明の光導波路のコア部形成用樹脂としては、上述したように、現像液による「膜減り」が少ないことから、ネガ型感光性樹脂が好ましいが、光導波路の耐熱性の点から、ポリシロキサン系のネガ型感光性樹脂がより好ましく、中でも、特開２００４−０１０８４９号公報記載のネガ型感光性樹脂や特開２００７−２３８８６８号公報記載のネガ型感光性樹脂がより一層好ましい。

本発明の製造方法により得られる光導波路は、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、特に、面発光レーザーを光源とする光デバイスに好適に利用できる。

以下に実施例を挙げ、本発明を更に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

〔ベース樹脂Ａの製造〕
特開２０１０−１０１９５７号公報の実施例の環状シロキサン化合物（ａ−１）の製造方法に準拠し、下記の式（１２）の環状シロキサン化合物を得た。

撹拌器、温度計、及び還流器を有する反応容器に、上記一般式（９ａ）で表わされる環状シロキサン化合物として、上記式（１２）で表わされる環状シロキサン化合物１００質量部、上記一般式（１０）で表わされるアリールアルコキシシラン化合物として、フェニルトリメトキシシラン４０質量部、及び溶媒としてトルエン２００質量部を加えて、１０℃で氷冷攪拌しながら、５％シュウ酸水溶液５０質量部を３０分かけて滴下した。系内温度を１０℃に保ったまま１５時間攪拌の後、５０℃、減圧下で還流脱水・脱アルコール処理し、５０℃減圧下で溶媒のトルエンを１−メトキシ−２−プロパノールアセテート（以下ＰＧＭＥＡという）へと溶媒交換を行ない、生成物の２５％ＰＧＭＥＡ溶液とした。ｔ−ブチル基を脱離するために、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体３質量部を加えて、８０℃で３時間攪拌の後、減圧下で１００質量部の脱溶媒処理をし、酸性物質の吸着剤（協和化学工業製、商品名：キョーワード５００ＳＨ）を１０質量部加えた後に、８０℃で１時間攪拌したスラリー溶液について、濾過により固形物を除去し、ベース樹脂Ａの３０％ＰＧＭＥＡ溶液を得た。ベース樹脂Ａは、特開２０１０−１０１９５７号公報の実施例のシリコーン樹脂（ａ）に相当する化合物である。ベース樹脂Ａ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６４００であり、特開２０１０−１０１９５７号公報記載の方法により測定したシラノール基含量は５．４質量％であった。

＜４５°の傾斜面を得るための感光剤の配合量の決定＞
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。

（試験片の調製方法）
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。

＜ベース樹脂Ｂの製造＞
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。

＜コア部分形成用ネガ型感光性樹脂組成物の調製＞
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。

〔光路変換部を持つ光導波路の形成〕
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。

このクラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂組成物の層２を、超高圧水銀灯により２００ｍＪ／ｃｍ²（波長３６５ｎｍ露光換算）の紫外線５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て、図１（ｂ）及び（ｂ’）に示すように、クラッド部分３（下部クラッド層）を形成した。

図１（ｃ）及び（ｃ’）に示すように、クラッド部分３（下部クラッド層）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１（ｄ）及び（ｄ’）に示すように、クラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂組成物の層２上にスリット幅３０μｍ、スリット長１０ｍｍのフォトマスク（パターンマスク）４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５を照射することにより、クラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂組成物の層２の露光部分の、現像液に対する溶解性を向上させた。

この後、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秒浸漬することにより、図２（ｅ）及び（ｅ’）に示すように、露光部分を現像液で溶解すると共に、露光部分の溶解により露出した非露光部分の側面を溶解させて、クラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂組成物の層２に、図２（ｆ）及び（ｆ’）に示すような、膜減りによる傾斜面を有する溝を形成した。

ついで、傾斜面を有する溝が形成されたクラッド部分形成用ポジ型感光性組成物の層２に、超高圧水銀灯により２００ｍＪ／ｃｍ²（波長３６５ｎｍ露光換算）の紫外線５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ることにより、図２（ｇ）及び（ｇ’）に示すように、傾斜面を有する溝が形成されたクラッド部分３を形成した。

クラッド部分３の傾斜面を有する溝に、上記で得られたコア部分形成用ネガ型感光性樹脂組成物を、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、図３（ｈ）及び（ｈ’）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を形成した。

図３（ｉ）及び（ｉ’）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上に、スリット幅３０μｍ、スリット長２５０μｍのフォトマスク（パターンマスク）４を設置し、コア部分形成用ネガ型感光性樹脂組成物の層７の中央部分のみに、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、未硬化部分を、現像液であるアセトン１００質量部とイソプロパノール１００質量部の混合溶液で溶解除去することで、図３（ｊ）及び（ｊ’）に示すようにコア部分８を形成した。尚、コア部分８は、両端のクラッド部分との境界に傾斜面を有しており、この境界面が光路変換ミラー面９となる。

図３（ｋ）及び（ｋ’）に示すように、コア部分８上に、クラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂として、上記組成物４を、乾燥後の層の厚さが６０μｍ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（ｌ）及び（ｌ’）に示すように、クラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂組成物の層２上に、スリット幅 μｍ、スリット長 μｍのフォトマスク（パターンマスク）４を設置し、光路変換ミラー面９の上部のクラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂の層２に超高圧水銀灯により７０ｍＪ／ｃｍ²（波長３６５ｎｍ露光換算）の紫外線５を照射して現像液に対する溶解性を向上させた後、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秒浸漬することにより露光部分を除去して、図４（ｍ）及び（ｍ’）に示すように、光路変換ミラー面９の上部に光路となる空洞部分を形成した。残ったクラッド部分形成用ポジ型感光性樹脂の層２を、図４（ｎ）及び（ｎ’）に示すように、超高圧水銀灯により２００ｍＪ／ｃｍ²（波長３６５ｎｍ露光換算）の紫外線５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ることにより、コア部分８上にクラッド部分３（上部クラッド層）を形成した。

図４（ｏ）及び（ｏ’）に示すように、上記空洞部分に、上記で得られたコア部分形成用ネガ型感光性樹脂組成物を、乾燥後に、上記空洞部分が完全に埋まるように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、図３（ｈ）及び（ｈ’）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。

得られた光導波路は、下部クラッド層の厚さ３０μｍ、上部クラッド層の厚さ６０μｍ、コア部の厚さ３０μｍ、コア部の幅３０μｍ、２つの光路変換面間の長さ１０ｍｍ、導波路間間隔２５０μｍの光変換部を有していた。

〔挿入損失測定〕
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：ＳｔａｂｉｒｉｚｅｄＬｉｇｈｔＳоｕｒｃｅＭＧ−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。

１基板
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

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。