JPH09189818A - 高分子光導波路作製用金型の作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低損失で高信頼な高分子光導波路を、安価で
簡便に量産するために用いるコア形状複製用の高精度の
金型を容易に製造する方法を提供する。 【解決手段】 ポリイミド膜表面を所定の凹凸形状とし
たものを原版として用い、この原版にメッキを行った
後、メッキ層をはく離して金型を得る高分子光導波路作
製用金型の作製方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチック光導
波路に関し、特に光集積回路、光インタコネクション、
あるいは光合分波器等の光学部品の製造において、金型
を用いて上記光学部品を量産する技術に使用するための
金型を高精度且つ容易に作製する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光部品、あるいは光ファイバの基材とし
ては、光伝搬損失が小さく、伝送帯域が広いという特徴
を有する石英ガラスや多成分ガラス等の無機系の材料が
広く使用されているが、最近ではプラスチック系の材料
も開発され、無機系の材料に比べて加工性や価格の点で
優れていることから、光導波路用材料として注目されて
いる。例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）
あるいは、ポリスチレンのような透明性に優れたプラス
チックをコアとし、そのコア材料よりも屈折率の低いプ
ラスチックをクラッド材料としたコアークラッド構造か
らなる平板型光導波路が作製されている（特開平３−１
８８４０２号）。これに対して本発明者らは耐熱性の高
い透明性プラスチックであるポリイミドを用い低損失の
平板型光導波路を実現した（特開平２−１１０５００
号）。しかし、これらの方法はいずれにおいても、クラ
ッド層の表面にコア構造を形成するに際して、一枚毎に
ホトレジストを用いたコアパターンの形成やこれに引き
続いての反応性イオンエッチングなどによる凹凸加工が
必要であり、量産性や低価格化の点で課題があった。そ
こで、導波路のコアパターン状に表面を凹凸加工した金
型を、溶融状態や溶液状態のプラスチックに押あてその
ままプラスチックを硬化させて凹凸の複製をプラスチッ
ク表面に形成する方法により量産性を向上しようとする
検討が行われている。ここで用いる金型はメッキにより
作製するのが有利である。コンパクトディスクやＣＤ−
ＲＯＭあるいは光ディスクなどの大容量記記憶の分野に
おいては、メッキにより作製した金型を用いて、インジ
ェクション成型により幅１μｍ前後、深さ０．１μｍ程
度の凹凸を極めて表面精度良くポリカーボネートなどの
透明な基板の表面に形成しビット情報や案内溝としてい
る。このメッキ金型の作製方法は、ガラス基板の上にホ
ットレジストなどの感光材料を所定の厚さ（約０．１μ
ｍ）塗布したのちレーザービーム露光をし、現像して得
られる凹凸表面の上に金属メッキを行い、メッキ層をは
く離することにより凹凸をメッキ金属に転写して実現さ
れる。しかし、この方法をそのまま光導波路作製用金型
作製に適用することは以下の点で困難である。すなわ
ち、光導波路のコアの凹凸サイズは幅と深さが１０μｍ
オーダーであり光ディスクの１０倍の幅で深さは１００
倍深いため、光の回折や散乱の影響で感光材料への露光
にかぶりが生じ、正確な導波路パターン作製ができな
い。また、凹凸が深いためにメッキ層をはく離するとき
に感光材料がメッキに強固に付着し、その除去が容易で
ないなどの欠点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、低損
失で高信頼な高分子光導波路を、安価で簡便に量産する
ために用いるコア形状複製用の高精度の金型を容易に製
造する方法を提供することにある。このためには、１０
μｍの深い凹凸をもつ原版を精度良く作製できること
と、この原版にメッキを行ったのちのメッキ層のはく離
に際して原版の凹凸加工に用いている材料がメッキに付
着せずメッキ層のみがきれいにはく離できることが課題
である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明を概説すれば、本
発明は高分子光導波路作製用金型の作製方法に関する発
明であって、ポリイミド膜表面を所定の凹凸形状とした
ものを原版として用い、この原版にメッキを行った後、
メッキ層をはく離して金型を得ることを特徴とする。

【０００５】本発明においては、メッキ用の原版として
ポリイミド膜表面を凹凸加工したものを用いていること
により前記課題を解決した。ポリイミド膜は前述したよ
うに高分子光導波路としても研究されている材料であり
耐熱性に優れ、かつ膜としての機械的強度が高いことが
特徴である。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
まず、図１に本発明による金型の作製工程の一例を示
す。図１において、符号０は基板、１はポリイミド層、
２はマスク層、３はレジスト層、４は支持板、５は蒸着
膜、６はメッキ層である。

【０００７】（ａ工程）：シリコン、ガラス、アルミニ
ウム、ステンレス等の基板０の上にポリイミドの前駆体
であるポリアミド酸溶液をスピンコート等の方法により
塗布し、これを加熱イミド化することにより、基板上に
ポリイミド層１を得る。ポリアミド酸溶液に用いる溶媒
としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメ
チルアセトアミド、メチルスルホキシド、ジメチルホル
ムアミド等の極性有機溶媒を用いる。次にこの上に光回
路パターンを形成するためのマスク層２を形成する〔図
１の（ａ−１）〕。マスクとしてはアルミニウム、チタ
ン等の金属、酸化シリコン、スピンオングラス（ＳＯ
Ｇ）、シリコン含有レジスト、感光性ポリイミド等を用
いることができる。マスク層を形成した後、ホトレジス
ト塗布、プリベーク、露光、現像、アフターベークを行
い、パターンニングされたレジスト層３を得る〔図１の
（ａ−２）〕。次にレジスト層により保護されていない
マスク層部分を反応性イオンエッチングにより除去して
所望の導波路パターンとなす〔図１の（ａ−３）〕。マ
スク層２としてシリコン含有レジストや感光性ポリイミ
ドを用いた場合はホトレジストを使用する必要はない。 （ｂ工程）：次に反応性イオンエッチングによりポリイ
ミドの露出している部分のみを所定の深さにエッチング
した後〔図１の（ｂ−１）〕、残ったマスク層２を反応
性イオンエッチングやはく離液を用いることにより除去
してメッキ用原版を得る〔図１の（ｂ−２）〕。 （ｃ工程）：得られた原版を導電性の頑丈な支持板４の
上に固定した上でニッケルなどの金属膜を蒸着して蒸着
膜５とし、凹凸面を導体化する〔図１の（ｃ）〕。この
とき蒸着面と原版を固定した支持板との間の電気的導通
を確保しておく。 （ｄ工程）：次に、支持板ごとメッキ浴に浸し所定の厚
さにメッキ層６を堆積させる〔図１の（ｄ）〕。 （ｅ工程）：最後に、メッキ層をはく離し、不用な部分
を切除して目的の金型が得られる〔図１の（ｅ）〕。

【０００８】次に、このようにして得られた高分子光導
波路作製用金型を用いた、光導波路作製方法について説
明する。ここでは、ポリイミドの前駆体であるポリアミ
ド酸溶液を用いたポリイミド光導波路の作製を例に挙げ
て説明するが、光導波路の材料として、ポリアミド酸溶
液以外の光学用材料の樹脂溶液等を用いて作製すること
ももちろん可能である。図２に金型を用いて光導波路を
作製する場合の工程の一例を工程図として示す。図２に
おいて、符号１１は金型、１２は下部クラッド層、１３
はコア層、１４は上部クラッド層である。まず、得られ
た高分子光導波路作製用金型１１〔図２の（ａ）〕の上
に第１のポリアミド酸溶液をスピンコート等の方法によ
り塗布し、これを加熱イミド化することにより、金型上
にポリイミドの下部クラッド層１２を形成する〔図２の
（ｂ）〕。次に、金型から下部クラッド層をはく離する
〔図２の（ｃ）〕。次に金型との接触面であった面を上
にして〔図２の（ｄ）〕、この上にコア層１３となるポ
リイミドの前駆体である第２のポリアミド酸溶液をスピ
ンコート等の方法により塗布し、これを加熱イミド化す
ることにより、下部クラッド層上にポリイミドのコア層
を形成する〔図２の（ｅ）〕。次に反応性イオンエッチ
ング等の方法により下部クラッド層上に形成された余分
のコア層を除去する〔図２の（ｆ）〕。最後に上部クラ
ッド層１４となすべきポリイミドの前駆体である第１の
ポリアミド酸溶液をスピンコート等の方法により塗布
し、これを加熱イミド化する〔図２の（ｇ）〕。このよ
うにして高分子光導波路作製用金型を用いて、埋め込み
型高分子光導波路を作製することができる。

【０００９】本発明において使用するポリイミド膜の例
としては、下記構造式（化１）：

【００１０】

【化１】

【００１１】で表される繰り返し単位からなるポリイミ
ド、又は下記構造式（化２）：

【００１２】

【化２】

【００１３】で表される繰り返し単位からなるポリイミ
ド、あるいは前記式（化１）と式（化２）で表される２
種類の繰り返し単位からなるポリイミド共重合体であっ
て、これらの前駆体溶液であるポリアミド酸溶液を基板
上に塗布した後、加熱して得られるポリイミド膜が挙げ
られる。

【００１４】

【実施例】引き続いて、いくつかの実施例を用いて本発
明を更に詳しく説明する。なお、分子構造の異なる種々
のポリイミドの前駆体溶液を用いることにより数限りな
い本発明の高分子光導波路作製用金型が得られることは
明らかである。また、下記実施例ではリッジ状の金型を
作製した例を示したが、原理的にトレンチ状の金型を作
製できることも自明である。したがって、本発明はこれ
らの実施例のみに限定されるものではない。

【００１５】実施例１ ４インチのシリコン基板に前記式（化１）と式（化２）
で表される２種類の繰り返し単位を１：１（モル比）の
割合で有するポリイミド共重合体の前駆体であるポリア
ミド酸のＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）１
５ｗｔ％溶液を加熱後の膜厚が３０μｍになるようにス
ピンコート法により塗布した。これを７０℃で２時間、
１６０℃で１時間、２５０℃で３０分、３５０℃で１時
間熱処理をしてポリイミド膜を形成した。この上に膜厚
０．３μｍのアルミニウム層を蒸着した。次にこのアル
ミニウム層上にポジ型ホトレジストをスピンコート法に
より塗布した後約９５℃でプリベークを行った。次に線
幅６μｍ、長さ１０ｃｍの直線状光導波路パターンが１
００μｍ間隔に４０本描かれたホトマスクを用いて密着
露光した後、現像液を用いて露光部のホトレジストを現
像除去した。その後１３５℃でポストベークを行った。
次にアルミニウムのウエットエッチングを行い、レジス
トパターンをアルミニウム層に転写した。更にパターン
ニングされたアルミニウム層をマスクとしてポリイミド
膜を酸素の反応性イオンエッチングにより膜表面から６
μｍの深さまでエッチングした。次にポリイミドの上層
に残ったアルミニウムのマスクをエッチング液で除去す
ることにより、ポリイミド膜の表面がトレンチ構造のコ
ア形状に加工されたメッキ用原版を得た。このメッキ用
原版を直径３０ｃｍのステンレス製の支持円板の上に置
き、エポキシ系接着剤をメッキ用原版のへりに沿って塗
った。このとき、接着剤は原版のへりから支持円板表面
に垂れ落ちるようにした。しかる後、接着剤を熱硬化さ
せて固定した。次に、支持円板ごと真空蒸着装置に入れ
ニッケルを厚さ５０ｎｍ蒸着することによりメッキ用原
版の凹凸表面を導体化すると共に、接着剤表面も導体化
しステンレス製支持円板と凹凸表面の電気的導通を確保
した。次に、支持板ごと５０℃に温度を保ったニッケル
メッキ浴に浸し３μｍ／ｍｉｎの堆積速度で厚さ３００
μｍにメッキ層を堆積させた。しかる後メッキ層をはく
離したところ、真空蒸着膜とポリイミド膜の界面できれ
いにはく離することができた。はく離したメッキ層の表
面の凹凸をＳＥＭで観察しリッジ状のレプリカとなって
いることが分かった。リッジの高さと幅は６μｍ幅、６
μｍ高さであり所望の形状の金型を作製することができ
た。

【００１６】実施例２ ４インチのシリコン基板に前記式（化１）と式（化２）
で表される２種類の繰り返し単位を１：１（モル比）の
割合で有するポリイミド共重合体の前駆体であるポリア
ミド酸のＤＭＡｃ１５ｗｔ％溶液を加熱後の膜厚が１５
０μｍになるようにスピンコート法により塗布した。こ
れを７０℃で２時間、１６０℃で１時間、２５０℃で３
０分、３５０℃で１時間熱処理をしてポリイミド膜を形
成した。この上に膜厚０．３μｍのアルミニウム層を蒸
着した。次にこのアルミニウム層上にポジ型ホトレジス
トをスピンコート法により塗布した後約９５℃でプリベ
ークを行った。次に線幅１０μｍ、長さ１０ｃｍの直線
状光導波路パターンが１００μｍ間隔に４０本描かれた
ホトマスクを用いて密着露光した後、現像液を用いて露
光部のホトレジストを現像除去した。その後１３５℃で
ポストベークを行った。次にアルミニウムのウエットエ
ッチングを行い、レジストパターンをアルミニウム層に
転写した。更にパターンニングされたアルミニウムをマ
スクとしてポリイミド膜を酸素の反応性イオンエッチン
グにより膜表面から１０μｍの深さまでエッチングし
た。次にポリイミドの上層に残ったアルミニウムのマス
クをエッチング液で除去することにより、ポリイミド膜
の表面がトレンチ構造のコア形状に加工されたメッキ用
原版を得た。このメッキ用原版を直径３０ｃｍのステン
レス製の支持円板の上に置き、エポキシ系接着剤をメッ
キ用原版のへりに沿って塗り、接着剤は熱硬化させて固
定した。次に、支持円板ごと真空蒸着装置に入れニッケ
ルを厚さ５０ｎｍ蒸着してメッキ用原版の凹凸表面を導
体化すると共に、ステンレス製支持円板と凹凸表面の電
気的導通を確保した。次に、支持板ごとニッケルメッキ
浴に浸し３μｍ／ｍｉｎの堆積速度で厚さ３００μｍに
メッキ層を堆積させた。しかる後メッキ層をはく離した
ところ、真空蒸着膜とポリイミド膜の界面できれいには
く離することができた。はく離したメッキ層の表面の凹
凸をＳＥＭで観察しリッジ状のレプリカとなっているこ
とが分かった。リッジの高さと幅は１０μｍ幅、１０μ
ｍ高さであり、所望の形状の金型を作製することができ
た。

【００１７】実施例３ 実施例２に従い金型を作製した後の使用済みのアルミニ
ウム基板からなるメッキ用原版を再使用してメッキを行
うことにより実施例２と全く同質のメッキ金型を作製す
ることができた。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による高分
子光導波路量産用金型の作製方法により高分子光導波路
を量産するための金型が高精度かつ容易に作製できる。
しかも、メッキ用原版を再使用できるため金型作製の低
価格化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による金型の作製工程の一例を示す工程
図である。

【図２】金型を用いて光導波路を作製する場合の工程の
一例を示す工程図である。

【符号の説明】

０：基板、１：ポリイミド層、２：マスク層、３：レジ
スト層、４：支持板、５：蒸着膜、６：メッキ層、１
１：金型、１２：下部クラッド層、１３：コア層、１
４：上部クラッド層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 道雄 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 佐々木 重邦 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 岩沢 晃 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリイミド膜表面を所定の凹凸形状とし
   たものを原版として用い、この原版にメッキを行った
   後、メッキ層をはく離して金型を得ることを特徴とする
   高分子光導波路作製用金型の作製方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のポリイミド膜が、下記
   構造式（化１）： 【化１】 で表される繰り返し単位からなるポリイミド、又は下記
   構造式（化２）： 【化２】 で表される繰り返し単位からなるポリイミド、あるいは
   前記式（化１）と式（化２）で表される２種類の繰り返
   し単位からなるポリイミド共重合体であって、これらの
   前駆体溶液であるポリアミド酸溶液を基板上に塗布した
   後、加熱して得られるポリイミド膜であることを特徴と
   する請求項１に記載の高分子光導波路作製用金型の作製
   方法。