(57)【要約】【課題】表面の粗さを低減し、導波路の光学特性を向上可能な光導波路、光導波路の作製方法、導波路作製用の金型、および金型の作製方法を提供すること。【解決手段】シリコン基板２１の第１の面（（１００）面）上に、所定のパターンで前記第１の面が露出するようにＳｉＯ２を形成してマスクを施す。次いで、上記シリコン基板２１をＫＯＨ溶液に浸して、第１の面に対して結晶異方性エッチングを行い、露出部２３から、シリコン基板の（１１１）面２４が現れるようにして、該（１１１）面２４を壁面とするＶ溝２５を形成する。このようにして金型２６を作製し、この金型をコア材に転写することによって、三角形状の導波路を作製する。【選択図】図２
2008122475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラッドおよびコアを備える光導波路であって、
前記コアの断面は三角形状であることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
クラッドおよびコアを備える光導波路の作製方法であって、
シリコン基板の第１の面に結晶異方性エッチングを行って、前記第１の面に所定のパターンで、シリコン基板の（１１１）面を壁面とする凹部を形成して作製された金型を用意する用意工程と、
前記クラッドを形成するクラッド形成工程と、
前記クラッド上に、流動性を有し、硬化することにより前記コアとなる材料を付与する付与工程と、
前記金型に形成された凹部を前記材料に転写し、該材料を硬化して、前記凹部と反転した形状のコアを形成するコア形成工程と
を有することを特徴とする光導波路の作製方法。
【請求項３】
クラッドおよびコアを備える光導波路の作製方法であって、
シリコン基板の第１の面に結晶異方性エッチングを行って、前記第１の面に所定のパターンで、シリコン基板の（１１１）面を壁面とする第１の凹部を形成して作製された第１の金型に基づいて作製された、前記第１の凹部と反転した凸部を有する可撓性を有する第２の金型を用意する用意工程と、
基板上に、流動性を有し、硬化することにより前記クラッドとなる材料を付与する付与工程と、
前記第２の金型に形成された凸部を前記材料に転写し、該材料を硬化して、前記凸部と反転した形状の第２の凹部を有する前記クラッドを形成するクラッド形成工程と、
前記第２の凹部内に前記コアを形成するコア形成工程と
を有することを特徴とする光導波路の作製方法。
【請求項４】
クラッドおよびコアを備える光導波路の作製方法であって、
シリコン基板の第１の面に結晶異方性エッチングを行って、前記第１の面に所定のパターンで、シリコン基板の（１１１）面を壁面とする第１の凹部を形成して作製された第１の金型に基づいて作製された、前記第１の凹部と同形状の第２の凹部を有する可撓性を有する第２の金型を用意する用意工程と、
前記クラッドを形成するクラッド形成工程と、
前記クラッド上に、流動性を有し、硬化することにより前記コアとなる材料を付与する付与工程と、
前記第２の金型に形成された第２の凹部を前記材料に転写し、該材料を硬化して、前記第２の凹部と反転した形状のコアを形成するコア形成工程と
を有することを特徴とする光導波路の作製方法。
【請求項５】
前記第１の面は（１００）面であり、
前記コアの断面は三角形状であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の光導波路の作製方法。
【請求項６】
前記第１の面は（１１０）面であり、
前記コアの断面は四角形状であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の光導波路の作製方法。
【請求項７】
クラッドおよびコアを備える光導波路を作製するための金型であって、
シリコン基板と、
前記シリコン基板の第１の面に形成された、所定のパターンの凹部であって、シリコン基板の（１１１）面を壁面とする凹部と
を備えることを特徴とする金型。
【請求項８】
前記第１の面は（１００）面であり、
前記凹部はＶ溝であることを特徴とする請求項７記載の金型。
【請求項９】
前記第１の面は（１１０）面であり、
前記凹部はその断面が四角形の溝であることを特徴とする請求項７記載の金型。
【請求項１０】
クラッドおよびコアを備える光導波路を作製するための金型の作製方法であって、
シリコン基板の第１の面上に、所定のパターンで前記第１の面が露出するように材料を形成するマスク形成工程と、
前記第１の面に対して結晶異方性エッチングを行い、前記露出した第１の面から、前記シリコン基板の（１１１）面が現れるようにして、該（１１１）面を壁面とする凹部を形成する凹部形成工程と、
前記材料を除去する除去工程とを有し、
前記材料は、前記結晶異方性エッチングに対するマスクであることを特徴とする金型の作製方法。
【請求項１１】
前記第１の面は（１００）面であり、
前記凹部はＶ溝であることを特徴とする請求項１０記載の金型の作製方法。
【請求項１２】
前記第１の面は（１１０）面であり、
前記凹部はその断面が四角形の溝であることを特徴とする請求項１０記載の金型の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路、光導波路の作製方法、導波路作製用の金型、および金型の作製方法に関し、より詳細には、転写によって作製される光導波路、光導波路の作製方法、ならびに転写を行うための金型およびその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の高度情報化から、大容量の情報を高速に伝送できる通信システムが望まれており、そのような通信システムとして光通信システムの開発がさかんに行われている。このようなシステムとして、波長分割多重（ＷＤＭ）システム等、様々な光通信システムが開発されているが、光通信システムにおいて、導波路は非常に重要な構成要素である。この導波路として最近では、その柔軟性や強靭性から、高分子導波路が注目されている。非特許文献１では、インプリント工程と印刷工程とを行って高分子導波路を作製している。
【０００３】
図１（ａ）〜（ｄ）は、非特許文献１にて開示された、従来の高分子導波路の作製方法を示す図である。  
図１（ａ）において、基板１上に下部クラッド層２を塗布する。次いで、基板１上に塗布された下部クラッド層２に対して、凹凸パターン化された凸部４および凹部５を有する金型３をプレスして、上記凹凸パターンを下部クラッド層２の表面に転写する（図１（ｂ））。このようにしてインプリント工程が行われ、図１（ｃ）に示すように、下部クラッド層２に、凸部４および凹部５の転写により形成された、凸部７および凹部８が形成される。このようにして形成された凹部８内にコア９を印刷する印刷工程を行う（図１（ｄ））。この印刷工程は、スクリーン印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、インクジェット、ディスペンサ塗布等によって行われる。このようにして、下部クラッド層２上にコア９が形成される。
【０００４】
さて、従来では、上記インプリント工程にて用いられる金型の凹部５の形成は、金型のガラス上に形成された感光性樹脂層にリソグラフィ法、電子ビーム描画法、レーザビーム描画法などによって微細パターンの潜像を形成し、この感光性樹脂層を現像して感光性樹脂の微細パターンを形成した後、電鋳処理を施すことによって製造される（非特許文献２参照）。すなわち、物理エッチングを用いて金型の凹凸パターンを形成するのである。また、従来では、エンドミル等により金型表面を切削することによって凹凸パターンを形成することもある。
【０００５】
すなわち、従来では、物理エッチングや切削加工により、導波路作製法において用いられる金型（原版）に凹凸パターンが形成されていた。
【０００６】
【非特許文献１】杉原興浩  他５名、「成形加工法を用いた大口径高分子光導波路作製」、信学技報、ＯＭＥ２００３−８３、ｐ．１７−２１、２００３年
【非特許文献２】佐野彰彦  他２名、「複製ポリマー光導波路「ＳＰＩＣＡ」」、信学技報、ＯＭＥ２００３−８２、ｐ．１３−１６、２００３年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のような、転写を用いて導波路を作製する方法は、フォトリソグラフィを用いた作製方法に比べて、コアをクラッド上に形成する際にコアパターン形成のための現像作業が不要となるので効率良く製造を行うことができ、またレジスト材が不要となるのでコストダウンにも繋がり、有力な高分子導波路の作製方法であるが、この転写を用いた方法であっても、作製された導波路を高品質なものとするには、まだ改善しなければならない課題が残されている。
【０００８】
特に、上述の通り、これまで用いられてきた金型においては、その表面に形成される凹凸形状が物理エッチングや切削加工により形成されるため、加工面の平坦性と表面粗さに問題がある。上記金型に形成された凹凸パターンがクラッドに転写されて、クラッド上に金型に形成された凹凸パターンと反転した凹凸パターンが形成され、該凹凸パターンの凹部にコアが形成されるので、凹部の壁面等の上記金型の加工面の平坦性と表面粗さはコア表面の平坦性と表面粗さに反映することになる。
【０００９】
ここで、物理エッチングや切削加工等の機械加工を用いて金型の凹凸パターンを形成すると、加工面にはミクロ（ナノ）スケールの切削痕が存在することがある。このような切削痕が存在すると、その切削痕も転写されて、コア表面にその影響が残ることになり、作製した導波路の特性を劣化させる。このように、物理エッチングや切削加工によって作製された金型を用いて高分子導波路を作製すると、導波路の伝搬特性に影響を与え、導波路の低損失化を阻害する一要因になっていた。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、表面の粗さを低減し、導波路の光学特性を向上可能な光導波路、光導波路の作製方法、導波路作製用の金型、および金型の作製方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１記載の発明は、クラッドおよびコアを備える光導波路であって、前記コアの断面は三角形状であることを特徴とする光導波路。
【００１２】
請求項２記載の発明は、クラッドおよびコアを備える光導波路の作製方法であって、シリコン基板の第１の面に結晶異方性エッチングを行って、前記第１の面に所定のパターンで、シリコン基板の（１１１）面を壁面とする凹部を形成して作製された金型を用意する用意工程と、前記クラッドを形成するクラッド形成工程と、前記クラッド上に、流動性を有し、硬化することにより前記コアとなる材料を付与する付与工程と、前記金型に形成された凹部を前記材料に転写し、該材料を硬化して、前記凹部と反転した形状のコアを形成するコア形成工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、クラッドおよびコアを備える光導波路の作製方法であって、シリコン基板の第１の面に結晶異方性エッチングを行って、前記第１の面に所定のパターンで、シリコン基板の（１１１）面を壁面とする第１の凹部を形成して作製された第１の金型に基づいて作製された、前記第１の凹部と反転した凸部を有する可撓性を有する第２の金型を用意する用意工程と、基板上に、流動性を有し、硬化することにより前記クラッドとなる材料を付与する付与工程と、前記第２の金型に形成された凸部を前記材料に転写し、該材料を硬化して、前記凸部と反転した形状の第２の凹部を有する前記クラッドを形成するクラッド形成工程と、前記第２の凹部内に前記コアを形成するコア形成工程とを有することを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、クラッドおよびコアを備える光導波路の作製方法であって、シリコン基板の第１の面に結晶異方性エッチングを行って、前記第１の面に所定のパターンで、シリコン基板の（１１１）面を壁面とする第１の凹部を形成して作製された第１の金型に基づいて作製された、前記第１の凹部と同形状の第２の凹部を有する可撓性を有する第２の金型を用意する用意工程と、前記クラッドを形成するクラッド形成工程と、前記クラッド上に、流動性を有し、硬化することにより前記コアとなる材料を付与する付与工程と、前記第２の金型に形成された第２の凹部を前記材料に転写し、該材料を硬化して、前記第２の凹部と反転した形状のコアを形成するコア形成工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項２乃至４のいずれかに記載の発明において、前記第１の面は（１００）面であり、前記コアの断面は三角形状であることを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載の発明は、請求項２乃至４のいずれかに記載の発明において、前記第１の面は（１１０）面であり、前記コアの断面は四角形状であることを特徴とする。
【００１７】
請求項７記載の発明は、クラッドおよびコアを備える光導波路を作製するための金型であって、シリコン基板と、前記シリコン基板の第１の面に形成された、所定のパターンの凹部であって、シリコン基板の（１１１）面を壁面とする凹部とを備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、前記第１の面は（１００）面であり、前記凹部はＶ溝であることを特徴とする。
【００１９】
請求項９記載の発明は、請求項７記載の発明において、前記第１の面は（１１０）面であり、前記凹部はその断面が四角形の溝であることを特徴とする。
【００２０】
請求項１０記載の発明は、クラッドおよびコアを備える光導波路を作製するための金型の作製方法であって、シリコン基板の第１の面上に、所定のパターンで前記第１の面が露出するように材料を形成するマスク形成工程と、前記第１の面に対して結晶異方性エッチングを行い、前記露出した第１の面から、前記シリコン基板の（１１１）面が現れるようにして、該（１１１）面を壁面とする凹部を形成する凹部形成工程と、前記材料を除去する除去工程とを有し、前記材料は、前記結晶異方性エッチングに対するマスクであることを特徴とする。
【００２１】
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の発明において、前記第１の面は（１００）面であり、前記凹部はＶ溝であることを特徴とする。
【００２２】
請求項１２記載の発明は、請求項１０記載の発明において、前記第１の面は（１１０）面であり、前記凹部はその断面が四角形の溝であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、作製すべき光導波路を作製するための金型に形成する凹凸パターンを結晶異方性エッチングにより形成しているので、コアの表面の粗さを低減し、導波路の光学特性を向上することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。  
本発明の一実施形態は、成型加工が可能な光導波路を作製するために結晶材料からなる金型を用い、転写された際に導波路形状となるようにパターン化して凹凸形状を形成する際に、ウエットエッチングを用い、金型の結晶面のエッチング速度の違いを利用するものである。この結晶面毎のエッチング速度は大幅に異なることが好ましい。よって、本発明の一実施形態では、方位によってエッチング速度が大幅に異なるように結晶面を選択している。
【００２５】
例えば、第１および第２の実施形態では、シリコン結晶からなる金型における、パターン形状を形成する面の結晶面を（１００）面として、該（１００）面にマスクとして、エッチング液に侵されない材料、例えばＳｉＯ２を形成して、結晶異方性エッチングを行っている。この結晶異方性エッチングにより、マスクが形成されていない領域がエッチングされて、（１００）面よりも２００倍ほどエッチング速度が遅い（１１１）面が現れ、（１１１）面を壁面としたＶ溝が形成される。
【００２６】
また、第３の実施形態では、シリコン結晶からなる金型における、パターン形状を形成する面の結晶面を（１１０）面として、該（１１０）面にマスクとして、ＳｉＯ２を形成して、結晶異方性エッチングを行っている。この結晶異方性エッチングにより、マスクが形成されていない領域がエッチングされて、（１１０）面と垂直な（１１１）面が現れ、表面に対して垂直な（１１１）面を壁面とした溝が形成される。
【００２７】
本発明の一実施形態では、金型に形成されたパターン形状を転写することにより、上記パターン形状と反転した形状の導波路を形成するものであるので、上記Ｖ溝および溝等の結晶異方性エッチングによって形成された凹部は形成すべきコアの原版となる。よって、この凹部を所定のパターンで形成することにより、上記所定のパターンでコアを形成することができる。
【００２８】
本発明の一実施形態では、Ｖ溝や溝を、従来のように物理エッチングや切削加工ではなく、結晶異方性エッチングによって形成しているので、形成されたＶ溝および溝の壁面（エッチング面）を原子層レベルでフラットな面とすることができる。すなわち、形成された壁面に切削痕を残すことは無い。
【００２９】
よって、上記フラットな壁面を有するＶ溝や溝が形成された金型を用いて、該Ｖ溝や溝のパターン形状をコア材やクラッド材、または後述するソフトスタンパの基体に転写するので、形成された導波路のコアの表面には、金型に形成されたＶ溝や溝の、原子層レベルでフラットな壁面が反映されることになるので、転写後は上記コアの表面を原子層レベルでフラットにすることができる。従って、コア表面の粗さ等によって生じる散乱等を減少することができるので、導波損失を低減することができ、光導波路の光学特性を飛躍的に向上させることが可能となる。
【００３０】
なお、上記成型加工が可能な光導波路としては、例として高分子導波路が挙げられる。
【００３１】
（第１の実施形態）  
金型作製工程 
図２（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る、金型の作製工程を説明するための模式図である。  
図２（ａ）において、金型の基体となるシリコン基板２１の（１００）面上にマスクとして、所定の距離だけ離間してＳｉＯ２２２ａおよび２２ｂを形成する。このＳｉＯ２２２ａと２２ｂとの間の領域からは、シリコン基板２１の（１００）面（露出部２３）が露出することになる。次いで、ＳｉＯ２２２ａと２２ｂとが形成されたシリコン基板２１を、エッチング液としてのＫＯＨ溶液に浸して、シリコン基板２１の露出部２３をエッチングする。このエッチングにより、（１１１）面２４が現れ、エッチングが止まると、（１１１）面２４を壁面としたＶ溝２５が形成される（図２（ｂ））。次いで、ＳｉＯ２２２ａおよび２２ｂを除去することにより、（１１１）面２４を壁面とするＶ溝２５が形成された、金型２６が作製される（図２（ｃ））。
【００３２】
なお、本実施形態では、エッチング液としてＫＯＨ溶液を用いているが、これに限定されず、例えば、ヒドラジン、ＥＰＷ（エチレンジアミン−ピロカテコール−水）、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）など、シリコン結晶に対して結晶異方性エッチングを行える液体であればいずれを用いても良い。
【００３３】
さて、シリコン結晶は上述のように、ＫＯＨ溶液に対して（１１１）面が（１００）面より非常にエッチングされにくいため（２００倍程度）、エッチング完了時には、シリコンの（１１１）面が現れ、Ｖ溝が形成される（結晶異方性エッチング）。この（１１１）面は、原子層レベルでフラットな表面である。よって、Ｖ溝２５の壁面（エッチング面）である（１１１）面２５は、表面粗さが低減された平滑な面となる。そして、上記平滑な面を原版となるＶ溝の壁面となるようにし、転写法により作製した高分子導波路は、コアの側面がシリコンのエッチング面（壁面）と同様の平滑性を有するようになり、伝搬損失は、極めて優れた値を示すことになる。
【００３４】
このように、本実施形態では、後に作製される高分子導波路のコアの側面の平滑性を向上させるため、すなわち、導波路の伝搬損失を低減するために、結晶異方性エッチングによりＶ溝２５を形成している。すなわち、結晶異方性エッチングによってＶ溝を形成することは、金型の所定の特性を向上させることを目的とするものではなく、金型を用いて作製される高分子導波路の伝搬特性を向上させることを本質としている。すなわち、本実施形態は、金型のＶ溝パターンを導波路に転写することにより、導波路のコアを形作ることに加えて、平滑な面を、コアの側面に転写させるのである。
【００３５】
従来では、金型による転写によってコア形状の形成のみが行われていたので、形成されたコア側面は、機械加工によって形成された金型の凹凸部の側面の形状を反映したものとなり、平坦性が劣化していた。よって、平坦性を向上させるためには、別個の表面処理が必要であった。しかしながら、本実施形態では、上述のように金型２６の作製の段階で、転写によりコア形状を形成するための凹凸形状であるＶ溝２５（第３の実施形態では溝に対応）の壁面を原子層レベルで平滑にしているので、転写によりその平滑性がコア壁面に反映することになるので、別個に表面処理を行わなくても、平坦性に優れた側面を有するコアを形成することができる。また、一度金型を作製すれば、繰り返し用いて高分子導波路を作製することができるので、１つの金型から別プロセスで作製された高分子導波路の各々に対してそれぞれ、金型に形成されたＶ溝の平坦性を反映させることができる。
【００３６】
高分子導波路作製工程 
図３（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態に係る、高分子導波路の作製方法を説明するための図である。  
図３（ａ）において、ガラス基板３１上に、クラッドフィルムとしてのアートンフィルム３２を接着し、アートンフィルム３２上にコア材としての紫外線硬化型エポキシ樹脂３３を滴下する。次いで、紫外線硬化型エポキシ樹脂３３をアートンフィルム３２の全面に広げるようにガラス基板３１を傾ける。このガラス基板３１の傾けにより、アートンフィルム３２全面に紫外線硬化型エポキシ樹脂３３が配置される。
【００３７】
なお、本実施形態ではコア材として紫外線硬化型エポキシ樹脂を用いているが、これに限定されず、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ポリイミド、シリコーン樹脂、アクリル樹脂・エポキシ樹脂を紫外線硬化にした樹脂、ポリシラン、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリアミドなどを用いることができる。
【００３８】
次いで、金型２６を、Ｖ溝２５と紫外線硬化型エポキシ樹脂３３とが対向するように配置し（図３（ｂ））、金型２６のＶ溝２５に対向する面の全面から圧力をかける。この金型２６の全面からの圧力により、Ｖ溝２５内に紫外線硬化型エポキシ樹脂３３が侵入し、それ以外の紫外線硬化型エポキシ樹脂３３はアートンフィルム３２外へと押し出される（図３（ｃ））。次いで、紫外線を照射することによって、Ｖ溝２５に存在する紫外線硬化型エポキシ樹脂３４を硬化し、金型２６をアートンフィルム３２から取り外す。すると、アートンフィルム３２上に三角形状コア３５が形成された高分子導波路が作製される（図３（ｄ））。
【００３９】
本実施形態では、上述のように結晶異方性エッチングによって平坦化された壁面を有するＶ溝２５の形状をコア材である紫外線硬化型エポキシ樹脂３３に転写して、三角形状コア３５を形成しているので、三角形状コア３５の側面３６の平坦性を向上することができる。従って、三角形状コア３５を導波する光の導波損失を低減することができるので、導波路の光学特性を飛躍的に向上することができる。
【００４０】
さて、本実施形態にて作製された高分子導波路は、図４に示すように、そのコア形状が三角形状である。このように、三角形状コアとすることにより、後述のように界面散乱を従来の正方形断面に比べて抑えることができるので、導波損失を低減することができる。
【００４１】
導波路形状と損失との関係について、以下のような計算を行った。導波路の断面形状が正方形、および直角三角形について、断面積が同じになるようににし（パラメータは表１を参照）、１０ｃｍの導波長にて壁面反射の平均回数を光線追跡にて求めた。図５は、本実施形態に係る、導波路形状と損失との関係を求める様子を示す図である。図５において、１０ｃｍの、測定したい形状の導波路５１（三角形状の導波路、または正方形の導波路）の一方端に、５０ｃｍの、測定したい形状の導波路５１と同形状の導波路５２の一方端を接続し、導波路５２の他方端に、５０ｃｍの、導波路５２の形状に内接する半径αの円形導波路５３の一方端を接続し、円形導波路５３の他方端から光を入射する。なお、各導波路において、クラッドの屈折率ｎclad＝１．５１２であり、コアの屈折率ｎcore＝１．５６とする。
【００４２】
【表１】
2008122475.tif 000003
【００４３】
なお、測定したい形状が三角形の場合は、導波路５１および導波路５２は三角形状の導波路となり、導波路５２と円形導波路５３との接合点５４では、符号５５にて示すように、円形導波路５３の断面形状である円が、導波路５２の断面形状である三角形に内接するように導波路５２と円形導波路５３とが接続されている。一方、測定したい形状が正方形の場合は、導波路５１および導波路５２は正方形の導波路となり、導波路５２と円形導波路５３との接合点５４では、符号５６にて示すように、円形導波路５３の断面形状である円が、導波路５２の断面形状である正方形に内接するように導波路５２と円形導波路５３とが接続されている。
【００４４】
表１から分かるように、結果は、正方形の導波路に比べて、三角形状の導波路の方が、壁面反射回数が少ないことが分かる。
【００４５】
導波路の導波損失は、材料そのものの吸収や散乱、およびコア・クラッド界面の凹凸による散乱に起因する。一般に、材料損失の少ない波長においては、界面散乱が損失の主要因となるので、同じ界面の粗さならば、導波光が界面に反射される回数が少ないほど、導波損失が少なくなる。
【００４６】
上述の光線追跡の計算では、通常の正方形断面の導波路に比べて、三角形断面の導波路は、４０．６４／４７．６８＝０．８５（回）の割合でしか界面散乱されないことが分かる。従って、コアの断面形状は、通常の正方形形状よりも、本実施形態のような三角形形状の方が損失を抑えることができる。
【００４７】
なお、本実施形態では、コア材に金型２６のＶ溝２５を転写しているが、これに限らず、クラッドに転写するようにしても良い。この場合は、後述するようなクラッド材をガラス基板等の基板に付与し、該クラッド材に対してＶ溝２５の転写を行えば良い。本実施形態で重要なことは、転写の対象が何であるか、では無く、導波路作製（コア形状形成）のために、金型２６を用いることである。
【００４８】
（第２の実施形態）  
本実施形態では、第１の実施形態の金型作製工程にて作製された金型を用いて、可撓性を有する金型（以下、ソフトスタンパとも呼ぶ）を作製し、該ソフトスタンパを用いて押し出しラミネートにより高分子導波路を作製している。
【００４９】
なお、本明細書において、「可撓性を有する金型（ソフトスタンパ）」とは、当接した、ローラ等の押し出し手段の移動に伴ってたわむ樹脂を指す。このソフトスタンパの材料としては、硬化前では流動性を有し、光や熱等によって硬化し、該硬化後に可撓性を有する（たわむ）材料となるものを用いる。本実施形態では、可撓性を有する金型（ソフトスタンパ）として、シクロオレフィン系ポリマ；、ポリメチルメタクリレートを初めとしたポリアクリレート、ポリカボーネート、ポリエーテル、ポリイミド、ポリアミド、エポキシ樹脂等の熱可塑性樹脂；、エポキシ樹脂を初めとした熱硬化性樹脂；、アクリル、エポキシ樹脂を紫外線硬化性にした樹脂；、シリコーン樹脂；、フッ素樹脂などを用いることができる。
【００５０】
図６は、本実施形態に係る、押し出しラミネートによりコアを形成する様子を示す図である。  
図６において、クラッドフィルム６１上の全面にはコア材６２が形成されている。このコア材６２は、クラッドフィルム６１上に付与されることにより形成される。上記コア材６２の付与は、コア材６２の滴下であっても良いし、スプレーによる吹き付けであっても良い。また、ローラなどによる塗布であっても良い。
【００５１】
なお、図６では、コア材６２をクラッドフィルム６１の全面に配置しているが、これに限らない。本発明の一実施形態では、後述するローラなどの押し出し手段による押し出しの開始地点（押し出し手段の移動開始位置）にコア材６２が少なくとも配置されていれば、全面にコア材６２を配置しなくても良い。
【００５２】
なお、上記コア材は、液体状の材料であっても良いし、ゲル状の材料であっても良い。すなわち、押し出しが可能な程度の流動性を少なくとも有し、光や熱などによって硬化し、該硬化後に高分子導波路のコアとして機能する材料であればいずれの材料もコア材として用いることができる。例えば、上述したコア材を用いることができる。
【００５３】
図６において、ソフトスタンパ６３は、一方の面に凸部６４および凹部６５を有する。ソフトスタンパ６３を、凸部６４および凹部６５がコア材６２に接触させるようにしてソフトスタンパ６３を配置する。すなわち、ソフトスタンパ６３を、コア材６２を介してクラッドフィルム６１と貼り合わせる。
【００５４】
なお、本明細書において、「凸部」とは、ある面に形成された突起状のものを含む。また、ある面に形成された凹部以外の領域も含む。すなわち、ある面に凹部が形成されると、凹部から見るとそれ以外の領域は突起したものと見ることができるからである。  
同様に本明細書において、「凹部」とは、ある面に形成された窪み状のものを含む。また、ある面に形成された凸部以外の領域も含む。すなわち、ある面に凸部が形成されると、凸部から見るとそれ以外の領域は窪んだものと見ることができるからである。
【００５５】
次いで、ソフトスタンパ６３の一方端において、ローラ６６をソフトスタンパ６３の凹凸が形成されている面と対向する面に押し当てる。次いで、上記一方端から他方端に向かって（図中の矢印方向）、ソフトスタンパ６３に対して面ではなく線で圧力印加するように、所定の圧力をかけながら、ソフトスタンパ６３との相対速度が０となるように、ローラ６６を転がして、押し出しラミネートを行う。
【００５６】
このローラ６６の移動に伴って、ローラ６６の移動開始位置から順に、凸部６４がローラ６６の移動方向に向かってコア材６２を押し出してクラッドフィルム６１と接触することになる。一方、凹部６５については、ソフトスタンパ６３をクラッドフィルム６１に張り合わせた際に凹部６５にコア材６２が充填されている場合はその状態が維持され、充填されてない場合であっても、上記凸部による押し出しにより、各凹部６５にはコア材６２が充填される。このようにして、凹部に充填されたコア材６７が形成される。
【００５７】
このようにローラ６６を他方端まで転がして、凹部６５とクラッドフィルム６１との間の領域にコア材６７を残した状態でソフトスタンパ６３とクラッドフィルム６１とを貼り合わせて、ソフトスタンパ６３の凹凸を、コア材６２に転写する。そして、ローラ６６を他方端まで転がすと、各凸部６４にて押し出された余分なコア材は他方端から外へと押し出され、各凹部６５とクラッドフィルム６１との間の空間には、コア材６７が残ることになる。
【００５８】
本実施形態では、上述のように可撓性を有するソフトスタンパ６３を用いて押し出しラミネートを行うので、凸部６４の表面やクラッドフィルム６１の表面が粗くても、押し出されるコア材は、ローラ６６の移動方向に向かって、凸部６４およびクラッドフィルム６１の表面に沿ってローラ６６の移動による押し出し力により移動するので、残渣として残るコア材の量を低減することができる。すなわち、残渣が残ったとしても、用いる光の波長と同程度かそれ以下のスケールにまでその量を低減することができる。よって、ソフトスタンパおよびクラッドの面精度の要求値を低くすることが可能となり、作製コストや作製時間を低減することができる。
【００５９】
本明細書において、「押し出しラミネート」とは、ソフトスタンパやソフトスタンパのベースとなる樹脂フィルムなどの可撓性を有する第１の材料と任意の第２の材料とを貼り合わせながら、第１の材料および第２の材料のいずれか一方が有する凹部および／または凸部を、線で圧力を印加しながら他方の材料に転写する工程である。なお、転写元と転写先との凹凸の形状は反転した関係である。すなわち、第１の材料の一方から他方に向かってローラ等の押し出し手段により圧力を印加しながら移動させることによって、第１の材料を第２の材料に張り合わせながら、余分な材料を除去することを目的とした工程である。
【００６０】
上述の押し出しラミネートは、上述のようにコアを作製する際に用いることもできるし、後述のように、ソフトスタンパを作製する際に用いることもできる。コアを作製する際には、第１の材料は、ソフトスタンパとなり第２の材料はクラッドとなり、ソフトスタンパを作製する際には、第１の材料は、樹脂フィルムとなり第２の材料は原版である金型である。
【００６１】
上述のように、コアを作製する場合は、押し出しラミネートでは、ソフトスタンパが有する凹部にコア材を充填させ、それ以外のコア材を押し出すための工程であって、ソフトスタンパの一端から所定の方向に向かってローラ等の押し出し手段を移動させることによって、ソフトスタンパをクラッドに張り合わせながら、余分なコア材を押し出す。すなわち、この場合の押し出しラミネートは、ソフトスタンパをクラッドにくっ付けることが目的ではなく、高分子導波路のコアを形成するために、余分なコア材を除去することを目的とした工程である。よって、押し出しラミネートの後は、ソフトスタンパはクラッドにくっ付くこともあるし、くっつかないこともあり、ソフトスタンパがクラッドにくっ付くか否かは本質ではない。
【００６２】
また、押し出しラミネート後において、クラッドと凸部との界面において、コア材が完全には押し出されず残渣としてコア材が残る場合があるが、本発明の一実施形態では、上述のようにローラ等の押し出し手段の移動によって余分なコア材が押し出されるので、残ってしまったコア材の量を、用いる光の波長程度またはそれ以下のスケールに抑えることができる。
【００６３】
また、本実施形態のように、高分子導波路作製用のソフトスタンパに対する金型としてソフトスタンパを用いると、切り貼りを容易に行うことができるので、大面積化を低コストで容易に行うことができる。
【００６４】
ソフトスタンパ作製工程 
図７（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態に係る、ソフトスタンパの作製工程を説明する図である。  
まず、第１の実施形態にて説明した金型２６を用意し、Ｖ溝２５を挟むようにして、凹部７０ａおよび７０ｂを形成する（図７（ａ））。この凹部７０ａおよび７０ｂは、物理エッチングや切削加工でも良いし、ウエットエッチングによって形成しても良い。また、凹部７０ａおよび７０ｂの深さは、少なくともＶ溝２５の深さよりも深くなるようにする。
【００６５】
図７（ｂ）において、上記金型２６のＶ溝２５、凹部７０ａ、７０ｂが形成されている面にシクロオレフィン樹脂７１（メシチレン８０％溶液）を滴下し、スピンコートにてシクロオレフィン樹脂７１を金型２６の加工表面全体に広げる。このようにして、金型２６の少なくとも一部に、シクロオレフィン樹脂を付与する。
【００６６】
図７（ｃ）において、ラミネータを用い、シクロオレフィンフィルム７２（ソフトスタンパの基体となるベースフィルム）を金型２６のシクロオレフィン樹脂７１塗布面に密着させていく。金型２６のシクロオレフィン樹脂７１塗布面でＶ溝２５の外側の部分にシクロオレフィンフィルム７２の片端が当たるようにし、フィルムの他方は反らせた状態にしておく。金型２６とシクロオレフィンフィルム７２が当たっている部分からラミネータのローラ７３を押し当て、ローラを転がしつつ強い力（１０ｋｇ/ｃｍ）で押し付ける事で、金型２６のＶ溝２５内および凹部７０ａ、７０ｂ内にシクロオレフィン樹脂７１を押し込み、かつ余分なシクロオレフィン樹脂およびＶ溝２５内および凹部７０ａ、７０ｂの空気を押し出しつつ密着させて、押し出しラミネートを行う。
【００６７】
すなわち、シクロオレフィンフィルム７２において、シクロオレフィン樹脂７１と接する面に円筒形のローラ７３を押し当てる。このとき、ローラ７３が押し当てられた面と対向する面（ローラの移動開始位置）にシクロオレフィン樹脂７１が配置されていることは言うまでも無い。次いで、シクロオレフィンフィルム７２の、一方端から他方端に向かって、ローラ接触線のシクロオレフィンフィルム７２との相対速度が０となるように、ローラ７３を転がしつつ、１０ｋｇ／ｃｍの圧力で押し付ける。このようにして押し出しラミネートを行うことによって、上記ローラの移動と共に余分なシクロオレフィン樹脂７１が押し出される。このようにして、金型２６が有するＶ溝２５の形状がシクロオレフィン樹脂７１に転写される。
【００６８】
なお、本実施形態では、シクロオレフィン樹脂７１を金型２６のＶ溝２５が形成された面（加工表面）の全面に配置しているが、少なくともローラの移動開始位置にシクロオレフィン樹脂７１を配置していれば良い。なお、このとき、ローラ７３が他方端まで移動した後に、Ｖ溝２５にシクロオレフィン樹脂７１が十分に充填されるような量のシクロオレフィン樹脂を移動開始位置に付与することは言うまでも無い。
【００６９】
図７（ｄ）において、押し出しラミネートを行った金型２６をホットプレート上に配置して、シクロオレフィン樹脂７１を加熱硬化する。次いで、金型２６からシクロオレフィンフィルム７２を剥離する。このようにして、金型２６のＶ溝２５、凹部７０ａ、７０ｂが反転した形状を持つ硬化したシクロオレフィン樹脂（三角形凸部７４、凸部７６ａおよび７６ｂ）が付いたシクロオレフィンシートが作製される。これがソフトスタンパ７５である。
【００７０】
高分子導波路作製工程 
図８（ａ）〜（ｆ）は、本実施形態に係る、高分子導波路の作製方法を説明するための図である。  
図８（ａ）において、ガラス基板８１上に、クラッド材としての紫外線硬化型エポキシ樹脂８２を滴下する。次いで、紫外線硬化型エポキシ樹脂８２をガラス基板８１の全面に広げるようにガラス基板８１を傾ける。このガラス基板８１の傾けにより、ガラス基板８１全面に紫外線硬化型エポキシ樹脂８２が配置される。
【００７１】
なお、上記クラッド材は、液体状の材料であっても良いし、ゲル状の材料であっても良い。本発明で重要なことは、後述する押し出しラミネートの際に、ガラス基板上に存在するクラッド材が押し出されることである。よって、この押し出しが可能な程度の流動性を少なくとも有し、光や熱などによって硬化し、該硬化後に高分子導波路のクラッドとして機能する材料であればいずれの材料もクラッド材として用いることができる。
【００７２】
本実施形態では、クラッド材として、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ポリイミド、シリコーン樹脂、アクリル樹脂・エポキシ樹脂を紫外線硬化性にした樹脂、ポリシラン、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリアミドなどを用いることができる。なお、上記クラッド材は、コア材よりも屈折率が小さくなるように設定されていることは言うまでも無い。
【００７３】
図８（ｂ）において、ソフトスタンパ７５をラミネータを用いてガラス基板８１の紫外線硬化型エポキシ樹脂８２（クラッド材）塗布面に密着させていく。ソフトスタンパ７５の凹凸がある部分の外側部分の片端がガラス基板８１の紫外線硬化型エポキシ樹脂８２塗布面に当たるようにし、他端は反らせた状態にしておく。ガラス基板８１とソフトスタンパ７５が当たっている部分のソフトスタンパ７５側からラミネータのローラ８３を押し当て、ローラ８３を転がしつつ強い力で押し付ける事で、ソフトスタンパ７５の凸部７６ａと三角形凸部７４との間の領域、および三角形凸部７４と凸部７６ｂとの間の領域内に紫外線硬化型エポキシ樹脂８２を押し込み、かつ余分な紫外線硬化型エポキシ樹脂８２および上記領域内の空気を押し出しつつ密着させて、押し出しラミネートを行う。
【００７４】
次いで、ソフトスタンパ７５側から紫外光を照射した後、加熱処理を行って紫外線硬化型エポキシ樹脂を完全に硬化させる。次いで、ガラス基板８１からソフトスタンパ７５を剥離する。ソフトスタンパ７５の凹凸（三角形凸部７４、凸部７６ａおよび７６ｂ）が反転した形状を持つ硬化したエポキシ樹脂が形成される。この硬化したエポキシ樹脂がクラッド８４となる。このクラッド８４には、原版である金型２６に形成されたＶ溝２５が転写されている。すなわち、クラッド２５には、Ｖ溝２５と同形状のＶ溝８５が形成されている（図８（ｃ））。
【００７５】
図８（ｄ）において、クラッド８４上にコア材としての紫外線硬化型エポキシ樹脂８６を滴下する。次いで、紫外線硬化型エポキシ樹脂８６をクラッド８４の全面に広げるようにガラス基板８１を傾ける。このガラス基板８１の傾けにより、クラッド８４全面に紫外線硬化型エポキシ樹脂８６が配置される。なお、紫外線硬化型エポキシ樹脂８６はコアとして機能させるために、紫外線硬化型エポキシ樹脂８２よりも高い屈折率になるように調整されている。
【００７６】
板材８７を紫外線硬化型エポキシ樹脂８２側からガラス基板８１側に向って押し付けるなどして、余分な紫外線硬化型エポキシ樹脂８２を押し出して、Ｖ溝８５に紫外線硬化型エポキシ樹脂８６が残るようにする（図８（ｅ））。次いで、紫外線を照射し、加熱処理を行って紫外線硬化型エポキシ樹脂を完全に硬化させる。この硬化された紫外線硬化型エポキシ樹脂がコアとなる。次いで、ガラス基板８１から板材８７を剥離する。このようにして、三角形状のコア８８が形成された高分子導波路を作製することができる（図８（ｆ））。
【００７７】
なお、本実施形態では、ソフトスタンパ７５を用いてコア形状の形成（転写）を行っているが、これに限らず、ソフトスタンパ７５に基づいて第２のソフトスタンパ（以下、二次ソフトスタンパとも呼ぶ）を作製し、二次ソフトスタンパを用いて、上記転写を行っても良い。
【００７８】
図９（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係る、二次ソフトスタンパの作製方法を説明するための図である。
【００７９】
図９（ａ）において、二次ソフトスタンパのベースフィルムとしてのシクロオレフィンフィルム９１上に、シクロオレフィン樹脂９２（メシチレン８０％溶液）を滴下し、スピンコートにてシクロオレフィン樹脂９２をシクロオレフィンフィルム９１の表面全面に広げる。
【００８０】
図９（ａ）において、ラミネータを用い、ソフトスタンパ７５をシクロオレフィンフィルム９１のシクロオレフィン樹脂９２塗布面に密着させていく。シクロオレフィンフィルム９１のシクロオレフィン樹脂９２塗布面の一方端でソフトスタンパ７５の片端が当たるようにし、ソフトスタンパ７５の他方は反らせた状態にしておく。シクロオレフィンフィルム９１とソフトスタンパ７５が当たっている部分からラミネータのローラ９３を押し当て、ローラを転がしつつ強い力（１０ｋｇ/ｃｍ）で押し付ける事で、ソフトスタンパ９３の凸部７６ａと三角形凸部７４との間の領域、および三角形凸部７４と凸部７６ｂとの間の領域内にシクロオレフィン樹脂９２を押し込み、かつ余分なシクロオレフィン樹脂および上記領域内の空気を押し出しつつ密着させて、押し出しラミネートを行う。
【００８１】
図９（ｂ）において、押し出しラミネートを行ったシクロオレフィンフィルム９１をホットプレート上に配置して、シクロオレフィン樹脂９２を加熱硬化する。次いで、シクロオレフィンフィルム９１からソフトスタンパ７５を剥離する。このようにして、ソフトスタンパ７５の凹凸が反転した形状を持つ硬化したシクロオレフィン樹脂（凸部９４）が付いたシクロオレフィンシートが作製される。これが二次ソフトスタンパ９６である。この二次ソフトスタンパ９６には、三角形凸部７４の形状が転写されており、凸部９４には、三角形凸部７４の形状が反転した形状であるＶ溝９５が形成されている。
【００８２】
このようにして作製された二次ソフトスタンパ９６を用い、上述した高分子導波路作製工程を行うことによって、高分子導波路が作製される。なお、二次ソフトスタンパを用いる場合は、第１の実施形態にて説明したように、コア材にソフトスタンパによる転写を行うことになる。
【００８３】
なお、本実施形態では、一次ソフトスタンパによって高分子導波路を作製する場合は、金型と反転した凹凸パターンが一次ソフトスタンパに形成されることになるので、導波路作製のための転写はクラッド材に行うことになる。一方、二次ソフトスタンパによって高分子導波路を作製する場合は、金型と同形状の凹凸パターンが二次ソフトスタンパに形成されることになるので、導波路作製のための転写はコア材に行うことになる。
【００８４】
本実施形態では、金型２６に基づいて、ソフトスタンパ７５（一次ソフトスタンパ）や二次ソフトスタンパ９６を作製しており、二次ソフトスタンパに基づいて三次ソフトスタンパを作製することが可能であるので、（Ｎ−１）次ソフトスタンパ（Ｎ：２以上の整数）に基づいてＮ次ソフトスタンパを作製することが可能である。本実施形態で重要なことは、導波路作製のための転写を行うソフトスタンパに形成された凹凸形状が、金型と同形状の場合は、コア材に転写を行い、金型と反転した形状の場合は、クラッド材に転写を行うことである。
【００８５】
（第３の実施形態）  
第１および第２の実施形態では、金型を作製する際に、シリコン基板の（１００）面に対して結晶異方性エッチングを行っているが、本実施形態では、シリコン基板の（１１０）面に結晶異方性エッチングを行っている。
【００８６】
金型作製工程 
図１０（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る、金型の作製工程を説明するための模式図である。  
図１０（ａ）において、金型の基体となるシリコン基板１０１の（１１０）面上にマスクとして、所定の距離だけ離間してＳｉＯ２１０２ａおよび１０２ｂを形成する。このＳｉＯ２１０２ａと１０２ｂとの間の領域からは、シリコン基板１０１の（１１０）面（露出部１０３）が露出することになる。次いで、ＳｉＯ２１０２ａと１０２ｂとが形成されたシリコン基板２０１を、エッチング液としてのＫＯＨ溶液に浸して、シリコン基板１０１の露出部１０３をエッチングする。このエッチングにより、第１の実施形態にて説明した現象により（１１１）面１０４が現れ、エッチングが止まると、（１１１）面１０４を壁面とした溝１０５が形成される（図１０（ｂ））。なお、溝１０５の断面は四角形状となる。次いで、ＳｉＯ２１０２ａおよび１０２ｂを除去することにより、（１１１）面１０４を壁面とするＶ溝１０５が形成された、金型１０６が作製される（図１０（ｃ））。
【００８７】
本実施形態においても、溝１０５の壁面は（１１１）面１０４であるので、該壁面を原子層レベルでフラットにすることができるので、第１の実施形態にて説明したのと同様の効果が得られる。
【００８８】
なお、上述の各実施形態では、リッジ型導波路について説明したが、埋め込み型導波路であっても良い。埋め込み型導波路の場合は、コアを形成した後に、該コアを埋め込むようにしてクラッドを形成すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、従来の従来の高分子導波路の作製方法を示す図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る、金型の作製工程を説明するための模式図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る、高分子導波路の作製方法を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る、三角形状のコアを有する高分子導波路の斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る、導波路形状と損失との関係を求める様子を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る、押し出しラミネートを説明するための図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る、ソフトスタンパの作製工程を説明する図である。
【図８】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の一実施形態に係る、高分子導波路の作製方法を説明するための図である。
【図９】（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る、二次ソフトスタンパの作製方法を説明するための図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る、金型の作製工程を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００９０】
２１、１０１    シリコン基板
２２ａ、２２ｂ、１０２ａ、１０２ｂ    ＳｉＯ２
２３、１０３    露出部
２４、１０４    シリコン基板の（１１１）面
２５    Ｖ溝
２６、１０６    金型
１０５    溝
【図１】
2008122475.tif 000004
【図２】
2008122475.tif 000005
【図３】
2008122475.tif 000006
【図４】
2008122475.tif 000007
【図５】
2008122475.tif 000008
【図６】
2008122475.tif 000009
【図７】
2008122475.tif 000010
【図８】
2008122475.tif 000011
【図９】
2008122475.tif 000012
【図１０】
2008122475.tif 000013