(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の原型を用いて、熱可塑性高分子シートに、１次ホットエンボシング工程によりパターンを複製するステップと、
前記複製されたパターンの表面にバッファ層を形成するステップと、
前記バッファ層が形成されていない反対面に、前記原型を用いた２次ホットエンボシング工程により、クラッド用のパターン付き高分子金型を作製するステップと、
前記高分子金型を弾性体物質でモールディングしてパターンを複製し、弾性体物質を上下に分離して上弾性体金型及び下弾性体金型を形成するステップと、
前記上下の弾性体金型を用いて中間クラッドを形成し、中間クラッドの上下部のパターンにコアレジンを充填し、上下のクラッドを積層した後に硬化工程を行って２次元光導波路を形成するステップと、
を含むことを特徴とする２次元高分子光導波路の製造方法。
【請求項２】
前記１次ホットエンボシング工程によりパターンを複製するステップは、
前記原型及び熱可塑性高分子としてのポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）シートを用いて１次ホットエンボシング工程を行って高分子パターンを形成するものであることを特徴とする請求項１に記載の２次元高分子光導波路の製造方法。
【請求項３】
前記バッファ層を形成するステップにおいて、
ホットエンボシング工程によって複製されたパターンの変形を制御するために、複製されたパターンの表面上にポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）金型を積層してバッファ層として用いることを特徴とする請求項１に記載の２次元高分子光導波路の製造方法。
【請求項４】
前記高分子金型を作製するステップは、
前記バッファ層が存在しないポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）シート面に原型による２次ホットエンボシング工程を行い、
このステップで、原型の内部に存在する整列キーと、１次ホットエンボシング工程によって複製されたパターンの内部に存在する整列キーとを用いて層間位置精度を制御するものであることを特徴とする請求項１に記載の２次元高分子光導波路の製造方法。
【請求項５】
前記上弾性体金型及び下弾性体金型を形成するステップは、
前記高分子金型をポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）でモールディングして弾性体金型を形成するステップと、
前記弾性体金型の内部における高分子金型が存在する領域のうち上部の領域のみを切り取り、切り取られた弾性体金型を別のポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）シート若しくはガラスプレートに貼り付けて上弾性体金型を形成するステップと、
残留している下弾性体金型から高分子金型を分離して下弾性体金型を形成するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の２次元高分子光導波路の製造方法。
【請求項６】
前記弾性体金型の形成工程時に決定された弾性体金型の上面及び下面の厚さが、最終的な２次元光導波路の中間クラッドの厚さを左右することを特徴とする請求項５に記載の２次元高分子光導波路の製造方法。
【請求項７】
前記中間クラッドを形成するステップは、
前記下弾性体金型のキャビティの内部に紫外線硬化樹脂を充填し、上弾性体金型で覆って貼り合わせるステップと、
前記上弾性体金型及び下弾性体金型が貼り合わせられた状態で紫外線露光を行うステップと、
前記露光工程により液状の紫外線硬化樹脂が固体状態に硬化されると、上下の弾性体金型から分離するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の２次元高分子光導波路の製造方法。
【請求項８】
前記２次元光導波路を形成するステップは、
前記中間クラッドの両面のそれぞれのコア領域部に中間クラッドよりも高屈折率の紫外線硬化樹脂を充填し、上下のそれぞれに中間クラッドと同じ屈折率を有する上下のクラッドを積層した後に硬化工程を行うものであることを特徴とする請求項１に記載の２次元高分子光導波路の製造方法。
【請求項９】
単一の原型マスターを用いて、熱可塑性高分子シートに、１次ホットエンボシング工程によりパターンを複製するステップと、
前記複製されたパターンの表面にバッファ層を形成するステップと、
前記バッファ層が形成されていない反対面に、前記原型マスターを用いた２次ホットエンボシング工程により、クラッド用のパターン付き高分子金型を作製するステップと、
前記作製された高分子金型の両面のコアチャネルの内部にコアレジンを直接充填する工程を行い、上部下部クラッドを積層して２次元高分子光導波路を形成するステップと、を含むことを特徴とする２次元高分子光導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は２次元高分子光導波路の製造方法に係り、さらに詳しくは、単一のインプリント原型（マスター型）を用いて単純化された工程により２次元光導波路を作製することのできる２次元高分子光導波路の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光導波路は、大容量情報の高速転送のために次世代通信システムにおいて盛んな研究がなされている分野である。
【０００３】
また、光導波路の製造において、高集積化のために平面光導波路の作製に関する研究が盛んになされている。光導波路の高集積化の研究は、２次元光導波路の作製に関する研究により解決策を探ろうとしている。
【０００４】
平面光導波路の作製のための工程技法のうちインプリント工程は、微細構造物を有する金型を用いて高分子層にパターンを転写する方法である。パターンの直接転写技法によって、単純な工程、短い工程時間及び、安価な工程コストで微細構造物の大量複製が行えることから、他の工程に比べてかなりのメリットがある。
【０００５】
インプリント工程による２次元光導波路の作製研究は、２つのインプリント金型を用い、２つのインプリント金型の間にクラッド用の高分子層を挟み込んだ後、中間クラッドを作製する研究などで行われている。
【０００６】
以下、平面光導波路の製造方法について説明する。
【０００７】
図１乃至図５は、従来の技術によるホットエンボシング工程を用いた光導波路の製造のための工程断面図である。
【０００８】
平面光導波路の作製は、一般に、フォトリソグラフィ工程によって行われる。
【０００９】
フォトリソグラフィ工程による光導波路の製造方法は、（１）シリコンウェーハまたはクオーツウェーハ（Quartz wafer）の上にウェーハと高分子との接着効果を高める接着促進剤（Adhesion promoter）をコートするステップと、（２）接着促進剤の上面にさらに高分子レジンである下部クラッドをコートして硬化させるステップと、（３）下部クラッドの上に下部クラッドよりも高屈折率を有する高分子コアレジンをコートして硬化させるステップと、（４）コアレジンの上にさらに感光性高分子（Photo resist）をコート及びベーキング（Soft baking）するステップと、（５）フォトマスクを用いてフォトレジストに露光するステップと、（６）フォトレジストに露光されたパターンをベーキング（Post exposure baking）するステップと、（７）フォトレジストのパターンを現像及びベーキング（Hard baking）するステップと、（８）フォトレジストをエッチングマスクとして用いてコア層をエッチングするステップと、（９）コアパターンの上部に存在するフォトレジストパターンを除去するステップと、（１０）コアパターンの表面上に下部クラッドと同じ高分子レジンで上部クラッドを作製するステップと、を含む。
【００１０】
そして、同光導波路の作製において、工程の単純化、低コスト化及び工程時間の短縮化のための研究が盛んになされており、中でも、インプリント工程が脚光を浴びている工程の１つである。
【００１１】
インプリント工程は、（１）微細パターンを有する金型を用いて、高分子層に下部クラッドを作製するステップと、（２）下部クラッドのパターンの内部にコアを充填するステップと、（３）上部クラッドを作製して光導波路を完成するステップで構成される。
【００１２】
インプリント工程による光導波路の製造方法の詳細は、添付の図１乃至図５に示すものと同様である。
【００１３】
まず、図１及び図２に示すように、インプリント金型１１を用いて、高分子層１２にコア構造を有する下部クラッド１２ａを成形する。
【００１４】
このとき、下部クラッドの作製に用いられるインプリント工程は、温度の上昇による高分子の流動性を用いて下部クラッドを作製するホットエンボシング技法と、紫外線硬化性高分子を用いて下部クラッドを作製する紫外線エンボシング技法の２種類に分けられる。
【００１５】
次に、図３に示すように、下部クラッド１２ａとインプリント金型１１を分離する。
【００１６】
次に、図４に示すように、下部クラッド１２ａのコアチャネルの内部に下部クラッドよりも高屈折率の高分子レジンであるコアレジン１４を充填する。
【００１７】
次に、図５に示すように、上部クラッド１３を積層した後、紫外線によってコアレジンを硬化させて光導波路を完成する。
【００１８】
これが、光導波路の代表的な製造方法である。
【００１９】
このような光導波路の製造方法において、２次元光導波路の製造方法について説明する。
【００２０】
フォトリソグラフィ工程による２次元高分子光導波路の製造方法では、上記の光導波路の製造方法を順次に繰り返し行うことで光導波路を作製している。
【００２１】
したがって、反復的な工程及び複雑な工程に起因して工程に長時間が要されている。
【００２２】
なお、インプリント工程による２次元光導波路の製造方法に関する研究は種々行われており、具体的に、２つのインプリント金型を用い、２つのインプリント金型の間にクラッド用の高分子層を挟み込んだ後、中間クラッドを作製する方法で２次元光導波路を作製する研究などがなされている。
【００２３】
しかしながら、インプリント工程に用いられる金型は、電子ビームリソグラフィや光学的リソグラフィなどの工程によって、シリコン、ニッケル、石英などの材料から作製される。
【００２４】
このため、インプリント金型の作製工程は、高いコストがかかるという限界がある。
【００２５】
このような問題を解消するために、単一のインプリント金型を用い、簡単に且つ短い工程時間内に２次元光導波路を作製する技術が至急に望まれている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
本発明は、上記の従来の技術における光導波路の製造方法の問題を解消するためになされたものであり、その目的は、単一のインプリント原型を用いて単純化された工程により２次元光導波路を作製することのできる２次元高分子光導波路の製造方法を提供するところにある。
【００２７】
本発明の他の目的は、単一のインプリント金型を用いて光導波路の高密度化・高集積化を図ることのできる２次元高分子光導波路の製造方法を提供するところにある。
【００２８】
本発明のさらに他の目的は、インプリント工程による２次元光導波路の作製に求められる２次元光導波路作製用のインプリント金型を簡単に且つ短時間内に作製することのできる方法を提供するところにある。
【００２９】
本発明は、上述した目的だけではなく、未言及の他の諸目的は下記の記載から当業者によって明確に理解できるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
上記の諸目的を達成するための本発明に係る２次元高分子光導波路の製造方法は、単一の原型を用いて、熱可塑性高分子シートに、１次ホットエンボシング工程によりパターンを複製するステップと、前記複製されたパターンの表面にバッファ層を形成するステップと、前記バッファ層が形成されていない反対面に、前記原型を用いた２次ホットエンボシング工程により、クラッド用のパターン付き高分子金型を作製するステップと、前記高分子金型を弾性体物質でモールディングしてパターンを複製し、弾性体物質を上下に分離して上弾性体金型及び下弾性体金型を形成するステップと、前記上下の弾性体金型を用いて中間クラッドを形成し、中間クラッドの上下部のパターンにコアレジンを充填し、上下のクラッドを積層した後に硬化工程を行って２次元光導波路を形成するステップと、を含むことを特徴とする。
【００３１】
また、前記１次ホットエンボシング工程によりパターンを複製するステップは、前記原型及び熱可塑性高分子としてのポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）シートを用いて１次ホットエンボシング工程を行って高分子パターンを形成するものであることが好ましい。
【００３２】
さらに、前記バッファ層を形成するステップにおいて、ホットエンボシング工程によって複製されたパターンの変形を制御するために、複製されたパターンの表面上にポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）金型を積層してバッファ層として用いることが好ましい。
【００３３】
さらに、前記高分子金型を作製するステップは、前記バッファ層が存在しないポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）シート面に原型による２次ホットエンボシング工程を行い、このステップで、原型の内部に存在する整列キーと、１次ホットエンボシング工程によって複製されたパターンの内部に存在する整列キーとを用いて層間位置精度を制御するものであることが好ましい。
【００３４】
さらに、前記上弾性体金型及び下弾性体金型を形成するステップは、前記高分子金型をポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）でモールディングして弾性体金型を形成するステップと、前記弾性体金型の内部における高分子金型が存在する領域のうち上部の領域のみを切り取り、切り取られた弾性体金型を別のポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）シート若しくはガラスプレートに貼り付けて上弾性体金型を形成するステップと、残留している下弾性体金型から高分子金型を分離して下弾性体金型を形成するステップと、を含むことが好ましい。
【００３５】
さらに、前記弾性体金型の形成工程時に決定された弾性体金型の上面及び下面の厚さが、最終的な２次元光導波路の中間クラッドの厚さを左右することが好ましい。
【００３６】
さらに、前記中間クラッドを形成するステップは、前記下弾性体金型のキャビティの内部に紫外線硬化樹脂を充填し、上弾性体金型で覆って貼り合わせるステップと、前記上弾性体金型及び下弾性体金型が貼り合わせられた状態で紫外線露光を行うステップと、前記露光工程により液状の紫外線硬化樹脂が固体状態に硬化されると、上下の弾性体金型から分離するステップと、を含むことが好ましい。
【００３７】
さらに、前記２次元光導波路を形成するステップは、前記中間クラッドの両面のそれぞれのコア領域部に中間クラッドよりも高屈折率の紫外線硬化樹脂を充填し、上下のそれぞれに中間クラッドと同じ屈折率を有する上下のクラッドを積層した後に硬化工程を行うものであることが好ましい。
【００３８】
さらに、前記高分子金型を２次元高分子光導波路の作製のための中間クラッドとして直接的に用いて、前記高分子金型の両面のコアチャネルの内部にコアレジンの充填を行い、上下のクラッドを積層して２次元高分子光導波路を形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００３９】
本発明に係る２次元高分子光導波路の製造方法は、下記の効果を有する。
【００４０】
まず、第一に、単一のインプリント金型を用いて光導波路の高密度化・高集積化を図れる２次元光導波路を作製することができる。
【００４１】
第二に、インプリント工程に基づく２次元光導波路の作製に求められるインプリント金型の数を２つから１つにすることができる。
【００４２】
第三に、両面にクラッド用のパターンを有する高分子金型の作製により簡単な方法で２次元光導波路を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
図１乃至図５は、従来の技術によるホットエンボシング工程を用いた光導波路の製造方法を示す工程断面図である。
【００４４】
図６乃至図１１は、本発明に係る２次元高分子光導波路の作製のための高分子金型の作製方法を示す工程断面図である。
【００４５】
図１２乃至図２０は、本発明に係る２次元高分子光導波路の製造方法を示す工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、本発明に係る２次元高分子光導波路の製造方法の好適な実施形態について詳述する。
【００４７】
本発明に係る２次元高分子光導波路の製造方法の特徴及び利点は、以下における各実施形態についての詳細な説明から明らかになる。
【００４８】
図６乃至図１１は、本発明に係る２次元高分子光導波路の作製のための高分子金型の作製方法を示す工程断面図である。
【００４９】
本発明に係る２次元高分子光導波路の製造方法は、単一のインプリント原型（original master）を用いて単純化された工程により２次元光導波路を作製するための方法である。
【００５０】
本発明の一実施形態に係る２次元光導波路の作製のための高分子金型の作製は、原型２０及び熱可塑性高分子としてのポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ：Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）シート３０を用いたホットエンボシング工程により行われる。
【００５１】
まず、図６及び図７に示すように、原型２０及びポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）シート３０を用いて１次ホットエンボシング工程を行い、図８に示すように、高分子パターン４０を形成する。
【００５２】
ここで、図６の原型２０の平面構造図から明らかなように、クラッド作製用のパターン２２領域の外部に整列キー（align key）２１が存在している。
【００５３】
整列キー２１は、今後、２次元光導波路の作製のための層間位置精度の制御のために用いられる。
【００５４】
次に、図９に示すように、ホットエンボシング工程によって作製された高分子パターン４０のパターン変形を制御するために、高分子パターン４０の表面上にポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）金型を作製してバッファ層５０を形成する。
【００５５】
ここで、バッファ層５０として作製されるポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）金型は、次のステップの両面ホットエンボシング工程で、初期に作製されたパターンの変形を制御するためのものである。
【００５６】
次に、図１０に示すように、２次元光導波路の作製のための２次ホットエンボシング工程を行う。
【００５７】
バッファ層５０が存在しないポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）シート３０面に原型２０によるホットエンボシング工程をさらに行う。
【００５８】
このとき、パターンの層間位置精度の制御は、原型２０の内部に存在する整列キー２１と、インプリント工程によって作製された高分子パターン４０の内部に存在する整列キーとを用いて行う。
【００５９】
なお、バッファ層５０及び高分子パターン４０が存在するポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）シート３０は非常に透明であり、光学顕微鏡を用いて層間位置精度の制御を行うことが可能である。
【００６０】
次に、図１１に示すように、２次ホットエンボシング工程を行った後、原型２０からバッファ層５０を分離すると、両面にパターンを有する２次元光導波路の作製のための高分子金型６０が完成される。
【００６１】
このようにして作製された高分子金型６０は、両面のチャネルの内部にコアレジンを充填することにより２次元高分子光導波路の中間クラッドとしても使用可能である。
【００６２】
これらの工程を経て作製された高分子金型６０を用いた２次元光導波路の製造方法は、下記の通りである。
【００６３】
図１２乃至図２０は、本発明に係る２次元高分子光導波路の製造方法を示す工程断面図である。
【００６４】
２次元高分子光導波路の製造方法は、高分子金型を弾性体金型に複製し、紫外線露光工程を行うことにより最終的な２次元光導波路を製造する方法である。
【００６５】
図１２に示すように、高分子金型６０の製造が完了すると、図１３に示すように、２回のインプリント工程によって作製された高分子金型６０の全体的な形状を、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）金型の作製によって弾性体金型７０に複製する。
【００６６】
弾性体金型７０の上面及び下面の厚さは、最終的な２次元光導波路の中間クラッドの厚さを左右する変数として働くことがある。このため、弾性体金型７０の厚さの制御のために、弾性体金型７０の作製は平面均一度に優れた平面上において行って均一な厚さを有するように制御する。
【００６７】
次に、図１４に示すように、弾性体金型７０の内部における高分子金型６０が存在する領域のうち上部の領域のみを切り取り、切り取られた弾性体金型を別のポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）シートまたはガラスプレート８０に貼り付ける。
【００６８】
次に、高分子金型６０を分離する。
【００６９】
図１５は、高分子金型６０が分離された状態であり、最終的には、上部にパターンが存在する上弾性体金型９０と、下部にキャビティが存在する下弾性体金型１００とが作製される。
【００７０】
次に、図１６に示すように、下弾性体金型１００のキャビティの内部に紫外線によって硬化される高分子樹脂である紫外線硬化樹脂１１０を充填し、上弾性体金型９０で覆う。
【００７１】
このとき、上弾性体金型９０及び下弾性体金型１００は、同じ物質から作製された初期一体型のものであるため、整合可能である。
【００７２】
次に、図１７に示すように、上弾性体金型９０と下弾性体金型１００とが整合された状態で、紫外線露光工程を行う。
【００７３】
紫外線露光工程によって、初期に液状であった紫外線硬化樹脂１１０は固体状態に硬化される。
【００７４】
次に、図１８に示すように、紫外線露光工程によって作製された高分子パターンは、本発明の中間クラッド１２０として用いられる。このとき、中間クラッド１２０は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）金型の弾性及び低い表面エネルギーによって容易に分離可能である。
【００７５】
また、この段階で作製された中間クラッド１２０は、２回のホットエンボシング工程によって作製された高分子金型６０の寸法及び形状を復元する特性を有している。
【００７６】
次に、図１９に示すように、中間クラッド１２０の両面のそれぞれのコア領域部に中間クラッド１２０よりも高屈折率の紫外線硬化樹脂１３０を充填し、上下のそれぞれに中間クラッド１２０と同じ屈折率を有する上下のクラッド１４０ａ、１４０ｂを積層する。
【００７７】
そして、図２０は、上部クラッド１４０ａ、中間クラッド１２０、コアレジン及び下部クラッド１４０ｂの多層構造において、紫外線露光工程を行った様子を示すものであり、コアレジンとしての紫外線硬化樹脂１３０を硬化させることにより、２次元高分子光導波路１５０の作製が完成される。
【００７８】
また、本発明に係る２次元高分子光導波路の製造方法の他の実施形態によれば、図６乃至図１１に示す工程により作製された高分子金型を２次元高分子光導波路の作製のための中間クラッドとして直接的に用いて、両面のコアチャネルの内部にコアレジンを充填し、上下のクラッドを積層して２次元高分子光導波路を作製することが可能である。
【００７９】
上述した本発明に係る２次元高分子光導波路の製造方法は、単一のインプリント原型を用いて単純化された工程により２次元光導波路を作製するための方法である。
【００８０】
すなわち、ホットエンボシング工程による２次元構造の高分子金型の作製なしに一回の工程により作製された上弾性体金型及び下弾性体金型を用いて、高精度の２次元高分子光導波路を数十回以上作製することができる。
【００８１】
このために、本発明は、大きく、中間クラッド用の高分子金型を作製するステップと、高分子金型を用いて２次元光導波路を作製するステップと、を含む。
【００８２】
ここで、中間クラッド用の高分子金型を作製するステップは、原型のパターンを熱可塑性高分子層に複製し、複製された熱可塑性高分子パターンの表面にバッファ層を形成するステップと、原型のパターンが複製された熱可塑性高分子パターンをバッファ層から分離していない状態で、パターンが存在しない反対面の熱可塑性高分子層に２次ホットエンボシング工程を施すことによりパターンを作製して２次元高分子光導波路の作製のための高分子金型を作製するステップと、を含む。
【００８３】
なお、高分子金型を用いて２次元光導波路を作製するステップは、作製された高分子金型の全体的な形状を弾性体金型に複製し、高分子金型が存在する弾性体金型の上部面のみを切り取り、内部の高分子金型は除去するステップと、内部に紫外線硬化性の高分子樹脂を充填して中間クラッドを製造するステップと、最終的に中間クラッドを用いてコアレジンの充填による２次元光導波路を作製するステップと、を含む。
【００８４】
以上述べたように、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲内において変形された態様で本発明が実現されているということが理解できるであろう。
【００８５】
よって、明示の実施形態は限定的な観点ではなく、説明的な観点から考慮するべきものであり、本発明の範囲は上述した説明ではなく特許請求の範囲に開示されており、これと同等の範囲内にあるあらゆる相違点は本発明に含まれていると解釈するべきである。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、単一のインプリント原型を用いて単純化された工程により２次元光導波路を作製可能にし、且つ、単一のインプリント金型を用いて光導波路の高密度化・高集積化が図れる２次元光導波路を作製可能にする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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