(57)【要約】【課題】簡便な方法により低コストで、精度の高い、口径変換型光導波路用原盤を製造し、これを用い簡便に光導波路を製造すること。【解決手段】（１）▲１▼導電性薄膜の端部に給電端子をもつ電着基板に、電着性・感光性膜形成材料を電着して電着層を形成し、または更にこの上に感光性樹脂層を形成し、前記層をコア形状に露光現像する原盤製造法、▲２▼光電着基板の光半導体膜に露光強度等を調節しつつ光照射し、長手方向に断面積等が異なる膜（凸部）を形成する原盤製造法、▲３▼溝を設けた光電着基板に長手方向に膜厚が異なるように▲２▼と同様に膜を形成して溝形状がコア形状に対応するようにし、その後溝等に電鋳を行い、電鋳部を剥離する原盤製造法、（２）前記原盤の上に鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層を形成した後剥離し、クラッド基材と密着させ、間隙部にコア硬化樹脂を充填し、硬化後剥離する、口径変換型高分子光導波路の製造方法。【選択図】  図３
2004184479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板上に導電性薄膜を有しかつ導電性薄膜の端部に給電端子が設けられた電着基板に、電着性及び感光性をもつ膜形成材料を電着して電着層を形成する工程、及び該電着層を高分子光導波路コアパターン形状に露光現像する工程を有する、高分子光導波路コアに対応する凸部を有する口径変換型高分子光導波路作製用原盤を製造する方法。
【請求項２】
絶縁性基板上に導電性薄膜を有しかつ導電性薄膜の端部に給電端子が設けられた電着基板に、電着性及び感光性をもつ膜形成材料を電着して電着層を形成する工程、該電着層上に感光性樹脂材料の層を形成する工程、及び前記２つの工程で形成した層を高分子光導波路コアパターン形状に露光現像する工程を有する、高分子光導波路コアに対応する凸部を有する口径変換型高分子光導波路作製用原盤を製造する方法。
【請求項３】
絶縁性基板上に導電性薄膜及び光半導体薄膜をこの順に積層した光電着基板を、ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系の電着液に、前記光電着基板の少なくとも光半導体薄膜が電着液に接触するように配置する工程、及び、露光時間及び／又は露光強度を調節しつつ、光半導体薄膜の選択領域に光を照射して起電力を発生させ、長手方向においてその断面形状及び／又は断面積が異なる高分子光導波路コアに対応する薄膜を形成する工程を有する、高分子光導波路コアに対応する凸部を有する口径変換型高分子光導波路作製用原盤を製造する方法。
【請求項４】
▲１▼絶縁性基板上に、導電性薄膜、光半導体薄膜、及び光半導体薄膜が露出するようにかつ両端部の断面形状及び／又は断面積が異なる溝が設けられた層をこの順に積層した光電着基板を、ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系の電着液に、前記光電着基板の少なくとも溝底部の光半導体薄膜が電着液に接触するように配置する工程、▲２▼露光時間及び／又は露光強度を調節しつつ、溝底部の光半導体薄膜の選択領域に光を照射して起電力を発生させ、電着後の長手方向における溝の形状が高分子光導波路コアに対応する形状となるように溝底部の光半導体薄膜上に薄膜を形成する工程、▲３▼前記▲２▼の工程により溝底部に薄膜が形成された光電着基板に電鋳を施す工程、▲４▼光電着基板と電鋳部を剥離する工程を有する、高分子光導波路コアに対応する凸部を有する口径変換型高分子光導波路作製用原盤を製造する方法。
【請求項５】
前記電着液が、導電性微粒子を含むことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の高分子光導波路コアに対応する凸部を有する口径変換型高分子光導波路作製用原盤を製造する方法。
【請求項６】
前記膜形成材料が、疎水性基と親水性基を有し、疎水基の数が、親水基と疎水基の総数の３０％から８０％の範囲にある高分子材料であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の高分子光導波路コアに対応する凸部を有する口径変換型高分子光導波路作製用原盤を製造する方法。
【請求項７】
１）絶縁性基板上に導電性薄膜を有しかつ導電性薄膜の端部に給電端子が設けられた電着基板に、電着性及び感光性をもつ膜形成材料を電着して電着層を形成した後、該層を高分子光導波路コアパターン形状に露光現像して、高分子光導波路コアに対応する凸部を有する原盤を作製する工程、
２）前記原盤に鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層を形成した後剥離して前記凸部に対応する凹部が形成された鋳型を作製する工程、
３）前記鋳型の凹部形成面にクラッド用基材を密着させる工程、
４）前記鋳型凹部とクラッド用基材の間に形成された溝にコア形成用硬化性樹脂を充填する工程
５）前記コア形成用硬化性樹脂を硬化し、その後鋳型を剥離する工程、
を少なくとも有する口径変換型高分子光導波路の製造方法。
【請求項８】
１）絶縁性基板上に導電性薄膜を有し、かつ導電性薄膜の端部に給電端子が設けられた電着基板に、電着性及び感光性をもつ膜形成材料を電着して電着層を形成した後、該層上に感光性樹脂材料の層を形成し、次で前記２つの工程で形成した層を高分子光導波路コアパターン形状に露光現像して、高分子光導波路コアに対応する凸部を有する原盤を作製する工程、
２）前記原盤に鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層を形成した後剥離して前記凸部に対応する凹部が形成された鋳型を作製する工程、
３）前記鋳型の凹部形成面にクラッド用基材を密着させる工程、
４）前記鋳型凹部とクラッド用基材の間に形成された溝にコア形成用硬化性樹脂を充填する工程
５）前記コア形成用硬化性樹脂を硬化し、その後鋳型を剥離する工程、
を少なくとも有する口径変換型高分子光導波路の製造方法。
【請求項９】
１）絶縁性基板上に導電性薄膜及び光半導体薄膜をこの順に積層した光電着基板を、ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系の電着液に、前記光電着基板の少なくとも前記光半導体薄膜が電着液に接触するように配置した状態で、露光時間及び／又は露光強度を調節しつつ、光半導体薄膜の選択領域に光を照射して起電力を発生させ、長手方向においてその断面形状及び／又は断面積が異なる高分子光導波路コアに対応する薄膜を形成して、高分子光導波路コアに対応する凸部を有する原盤を作製する工程、
２）前記原盤に鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層を形成した後剥離して前記凸部に対応する凹部が形成された鋳型を作製する工程、
３）前記鋳型の凹部形成面にクラッド用基材を密着させる工程、
４）前記鋳型凹部とクラッド用基材の間に形成された溝にコア形成用硬化性樹脂を充填する工程
５）前記コア形成用硬化性樹脂を硬化し、その後鋳型を剥離する工程、
を少なくとも有する口径変換型高分子光導波路の製造方法。
【請求項１０】
１）▲１▼絶縁性基板上に、導電性薄膜、光半導体薄膜、及び光半導体薄膜が露出するようにかつ両端部の断面形状及び／又は断面積が異なる溝が設けられた層をこの順に積層した光電着基板を、ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系の電着液に、前記光電着基板の少なくとも溝底部の光半導体薄膜が電着液に接触するように配置する工程、▲２▼露光時間及び／又は露光強度を調節しつつ、溝底部の光半導体薄膜の選択領域に光を照射して起電力を発生させ、電着後の長手方向における溝の形状が高分子高分子光導波路コアに対応する形状となるように溝底部の光半導体薄膜上に薄膜を形成する工程、▲３▼前記▲２▼の工程により溝底部に薄膜が形成された光電着基板に電鋳を施す工程、▲４▼光電着基板と電鋳部を剥離する工程を有する、高分子光導波路コアに対応する凸部を有する原盤を作製する工程、
２）前記原盤に鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層を形成した後剥離して前記凸部に対応する凹部が形成された鋳型を作製する工程、
３）前記鋳型の凹部形成面にクラッド用基材を密着させる工程、
４）前記鋳型凹部とクラッド用基材の間に形成された溝にコア形成用硬化性樹脂を充填する工程
５）前記コア形成用硬化性樹脂を硬化し、その後鋳型を剥離する工程、
を少なくとも有する口径変換型高分子光導波路の製造方法。
【請求項１１】
前記５）の工程の後に、クラッド用基材のコア形成面にクラッド層を形成する工程を有する請求項７ないし請求項１０のいずれか１項に記載の口径変換型高分子光導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、口径変換型高分子光導波路作製用原盤の製造方法及び該方法を用いる口径変換型高分子光導波路の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高分子導波路の製造方法としては、（１）フイルムにモノマーを含浸させてコア部を選択的に露光して屈折率を変化させフイルムを張り合わせる方法（選択重合法）、（２）コア層及びクラッド層を塗布後、反応性イオンエチングを用いてクラッド部を形成する方法（ＲＩＥ法）、（３）高分子材料中に感光性の材料を添加した紫外線硬化樹脂を用いて、露光・現像するフォトリソグラフィー法を用いる方法（直接露光法）、（４）射出成形を利用する方法、（５）コア層及びクラッド層を塗布後、コア部を露光してコア部の屈折率を変化させる方法（フォトブリーチング法）等が提案されている。
しかし、（１）の選択重合法はフイルムの張り合わせに問題があり、（２）や（３）の方法は、フォトリソグラフィー法を使うためコスト高になり、（４）の方法は、得られるコア径の精度に課題がある。また、（５）の方法はコア層とクラッド層との十分な屈折率差がとれないと言う問題がある。
現在、性能的に優れた実用的な方法は、（２）や（３）の方法だけであるが前記のごときコストの問題がある。したがって、大面積な基材、特に大面積でフレキシブルな基材に高分子導波路を形成するのに適した製造方法はないのが現状である。
【０００３】
また、高分子光導波路を製造する方法として、キャピラリーとなる溝のパターンが形成されたパターン基板（クラッド）にコア用のポリマー前駆体材料を充填し、その後硬化させてコア層を作り、その上に平面基板（クラッド）を貼り合わせる方法が知られているが、この方法ではキャピラリー溝にだけでなく、パターン基板と平面基板の間にも全面的にポリマー前駆体材料が薄く充填され硬化されてコア層と同じ組成の薄い層が形成される結果、この薄い層を通って光が漏洩してしまうという問題があった。
この問題を解決する方法の１つとして、デビット・ハートはキャピラリーとなる溝のパターンが形成されたパターン基板と平面基板とをクランプ用治具で固着し、さらにパターン基板と平面基板との接触部分を樹脂でシールなどした後減圧して、モノマー（ジアリルイソフタレート）溶液をキャピラリーに充填して、高分子光導波路を製造する方法を提案した（以下の特許文献１を参照）。この方法はコア形成用樹脂材料としてポリマー前駆体材料を用いる代わりにモノマーを用いて充填材料を低粘度化し、キャピラリー内に毛細管現象を利用して充填させ、キャピラリー以外にはモノマーが充填されないようにする方法である。
しかし、この方法はコア形成用材料としてモノマーを用いているため、モノマーが重合してポリマーになる際の体積収縮率が大きく、高分子光導波路の透過損失が大きくなるいう問題や、キャピラリー内で高分子化したコア樹脂が平面基板に部分的に接着して、剥離するときコア形状が崩れるという問題もある。
また、この方法は、パターン基板と平面基板とをクランプで固着する、あるいはこれに加えさらに接触部を樹脂でシールするなど煩雑な方法であり、量産にはむかず、その結果コスト低下を期待することはできない。また、クラッドとして厚さがｍｍオーダーあるいは１ｍｍ以下のフィルムを用いる高分子光導波路の製造に適用することは不可能である。
【０００４】
また、最近、ハーバード大学のＧｅｏｒｇｅ  Ｍ．  Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓらは、ナノ構造を作る新技術として、ソフトリソグラフィーの一つとして毛細管マイクロモールドという方法を提唱している。これは、フォトリソグラフィーを利用してマスター基板を作り、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）の密着性と容易な剥離性を利用してマスター基板のナノ構造をＰＤＭＳの鋳型に写し取り、この鋳型に毛細管現象を利用して液体ポリマーを流し込んで固化させる方法である。以下の非特許文献１に詳しい解説記事が記載されている。
【０００５】
また、バード大学のＧｅｏｒｇｅ  Ｍ．  ＷｈｉｔｅｓｉｄｅｓのグループのＫｉｍ  Ｅｎｏｃｈらによって毛細管マイクロモールド法に関する特許が出願されている（以下の特許文献２参照）。
しかし、この特許に記載の製造方法を高分子光導波路の製造方法は、光導波路のコア部のような断面積が小さい場合には、時間がかかり量産に適さないし、モノマー溶液が高分子に反応して固化するときに体積変化を起こしコアの形状が変化するという欠点を持つ。
【０００６】
これに対して本発明者等は、フィルム基材に光導波路を設けたフレキシブル高分子光導波路を作製する方法を提案した（特願２００２−１８７４７３号）。この方法は、製造工程が極めて単純化されたもので、容易に高分子光導波路を作製することができ、従来の高分子光導波路の製造方法に比較し、非常に低コストで高分子光導波路を作製することができる。
このような高分子光導波路には、各種の光学部品、例えば光ファイバーや発光素子、受光素を接続する機能が求められ、その際、各種光学部品の大きさに合わせて、作製する高分子光導波路の入出力部の断面積や断面形状（口径）を変更することにより結合損失を低下できる。しかし原盤を作製する際、従来のフォトリソグラフィを利用した直接露光法に代表される方法では、原盤に形成する高分子光導波路コアに対応する凸部の膜厚を連続的に変化させること（口径変換）が困難なため、この方法では、結合損失を低下させるように、自由に原盤凸部の膜厚を制御することができなかった。また、原盤を、ＦＩＢなどでシリコン基板を微細加工するような方法により作製する方法はあるものの、マルチモード導波路のような口径が大きく、しかも大面積にわたるものを作製するための原盤の場合では、非常に工数がかかり不可能に近いという問題があった。
【０００７】
上記問題点を解決する試みとして、下記の特許文献３には、高分子光導波路と光ファイバー等の光学部品との接続を行なう高分子光導波路（ただしフレキシブルではない）の製造方法が記載されている。この方法では、高分子光導波路と光ファイバーの接続には、基板に浅い液貯めプールと該プールの両側に溝を形成して、該溝に光ファイバーを置く方法が採用されているので、基板に液貯めプールの他に溝を加工する必要もあり工数が増えたり、作製する高分子光導波路ごとに、溝とフォトマスクの位置を正確に合わせる必要があるため、依然としてコスト高の問題がある。また、光導波路の断面積を長手方向に三次元的に変化させるには、浅い液貯めプールの深さを精密に制御する必要があること、液貯めプールを厳密に水平に保つ必要があるが振動に対し弱いことなどが原因になり、歩留まりが低くなり、大量生産の方法として実用的でない。さらに導波路に要求される表面粗さや形状精度をもち、なおかつ厚みと幅を長手方向位置により変化させた溝を作製する具体的な方法は記載されていない。
【０００８】
また、以下の特許文献４には、光源に合わせて口径、屈折率を制御して、ファイバーとの結合効率を向上させる光結合装置が記載されているが、高分子導波路に適用できるような具体的な製造方法は記載されていない。
【０００９】
【特許文献１】
特許第３１５１３６４号明細書
【特許文献２】
米国特許６３５５１９８号明細書
【特許文献３】
特開平１０−２５３８４５号公報
【特許文献４】
特公昭５５−００６２０１号公報
【非特許文献１】
ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ  ＡＭＥＲＩＣＡＮ  ＳＥＰＴＥＭＢＥＲ  ２００１（日経サイエンス２００１年１２月号）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記のごとき問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡便な方法により低コストで、精度の高い、口径変換型高分子光導波路作製用原盤を製造する方法を提供することにあり、さらに、この原盤の製造方法を用いて、作業工程が少なく低コストで、導波損失が小さくかつ結合損失の少ない高分子光導波路を製造する方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、以下の（１）ないし（４）の口径変換型高分子光導波路作製用原盤の製造方法、及び該方法を用いる口径変換型高分子光導波路の製造方法（５）〜（２４）を提供することにより解決される。
（１）絶縁性基板上に導電性薄膜を有しかつ導電性薄膜の端部に給電端子が設けられた電着基板に、電着性及び感光性をもつ膜形成材料を電着して電着層を形成する工程、及び該層を高分子光導波路コアパターン形状に露光現像する工程を有する、高分子光導波路コアに対応する凸部を有する口径変換型高分子光導波路作製用原盤を製造する方法。
（２）絶縁性基板上に導電性薄膜を有しかつ導電性薄膜の端部に給電端子が設けられた電着基板に、電着性及び感光性をもつ膜形成材料を電着して電着層を形成する工程、該層上に感光性樹脂材料の層を形成する工程、及び前記２つの工程で形成した層を高分子光導波路コアパターン形状に露光現像する工程を有する、高分子光導波路コアに対応する凸部を有する口径変換型高分子光導波路作製用原盤を製造する方法。
【００１２】
（３）絶縁性基板上に導電性薄膜及び光半導体薄膜をこの順に積層した光電着基板を、ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系の電着液に、前記光電着基板の少なくとも光半導体薄膜が電着液に接触するように配置する工程、及び、露光時間及び／又は露光強度を調節しつつ、光半導体薄膜の選択領域に光を照射して起電力を発生させ、長手方向においてその断面形状及び／又は断面積が異なる高分子光導波路コアに対応する薄膜を形成する工程を有する、高分子光導波路コアに対応する凸部を有する口径変換型高分子光導波路作製用原盤を製造する方法。
【００１３】
（４）▲１▼絶縁性基板上に、導電性薄膜、光半導体薄膜、及び光半導体薄膜が露出するようにかつ両端部の断面形状及び／又は断面積が異なる溝が設けられた層をこの順に積層した光電着基板を、ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系の電着液に、前記光電着基板の少なくとも溝底部の光半導体薄膜が電着液に接触するように配置する工程、▲２▼露光時間及び／又は露光強度を調節しつつ、溝底部の光半導体薄膜の選択領域に光を照射して起電力を発生させ、電着後の長手方向における溝の形状が高分子高分子光導波路コアに対応する形状となるように溝底部の光半導体薄膜上に薄膜を形成する工程、▲３▼前記▲２▼の工程により溝底部に薄膜が形成された光電着基板に電鋳を施す工程、▲４▼光電着基板と電鋳部を剥離する工程を有する、高分子光導波路コアに対応する凸部を有する口径変換型高分子光導波路作製用原盤を製造する方法。
【００１４】
また、前記（１）ないし（４）の方法において、電着液に導電性微粒子を含ませることができ、また、前記（３）及び（４）の方法において、膜形成材料を、疎水性基と親水性基を有し、疎水基の数が、親水基と疎水基の総数の３０％から８０％の範囲にある高分子材料とすることができる。
【００１５】
（５）前記（１）ないし（４）に記載のいずれか１に記載の方法により原盤を作製した後、以下の＜１＞ないし＜４＞の工程を行うことにより口径変換型高分子光導波路を製造する方法。
＜１＞前記原盤に鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層を形成した後剥離して前記凸部に対応する凹部が形成された鋳型を作製する工程
＜２＞前記鋳型の凹部形成面にクラッド用基材を密着させる工程
＜３＞前記鋳型凹部とクラッド用基材の間に形成された溝にコア形成用硬化性樹脂を充填する工程
＜４＞前記コア形成用硬化性樹脂を硬化し、その後鋳型を剥離する工程
【００１６】
（６）前記クラッド用基材がフィルム基材であり、かつ前記＜２＞の工程においてフィルム基材が平坦な剛体によって支えられることを特徴とする前記（５）に記載の口径変換型高分子光導波路の製造方法。
（７）前記フィルム基材が脂環式オレフィン樹脂フイルムであることを特徴とする前記（５）又は（６）に記載の口径変換型高分子光導波路の製造方法。
（８）前記脂環式オレフィン樹脂フイルムが主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖に極性基をもつ樹脂フィルムであることを特徴とする前記（５）ないし（７）のいずれか１に記載の口径変換型高分子光導波路の製造方法。
【００１７】
（９）前記クラッド層の形成が、紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂を塗布した後硬化させることによる前記（５）ないし（８）のいずれか１に記載の口径変換型高分子光導波路の製造方法。
（１０）前記クラッド層の形成が、クラッド用のフィルムを該フィルムと近い屈折率をもつ接着剤により貼り合わせることによる前記（５）ないし（９）のいずれか１に記載の口径変換型高分子光導波路の製造方法。
【００１８】
（１１）前記鋳型形成用硬化性樹脂が硬化性シリコーンゴムオリゴマーまたはモノマーであることを特徴とする前記（５）ないし（１０）のいずれか１に記載の口径変換型高分子光導波路の製造方法。
（１２）前記鋳型の表面エネルギーが１０ｄｙｎ／ｃｍ〜３０ｄｙｎ／ｃｍであることを特徴とする前記（５）ないし（１１）のいずれか１に記載の口径変換型高分子光導波路の製造方法。
（１３）前記鋳型のシェア（Ｓｈａｒｅ）ゴム硬度が１５〜８０であることを特徴とする前記（５）ないし（１２）のいずれか１に記載の口径変換型高分子光導波路の製造方法。
（１４）前記鋳型の表面粗さが０．５μｍ以下であることを特徴とする前記（５）ないし（１３）のいずれか１に記載の口径変換型高分子光導波路の製造方法。（１５）前記鋳型の厚さが０．１ｍｍ〜５０ｍｍであることを特徴とする前記（５）ないし（１４）のいずれか１に記載の口径変換型高分子光導波路の製造方法。
【００１９】
（１６）前記フィルム基材の屈折率が１．５５以下であることを特徴とする前記（５）ないし（１５）のいずれか１に記載の口径変換型高分子光導波路の製造方法。
（１７）前記コア形成用硬化性樹脂の粘度が１０ｍＰａ・ｓ〜２０００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする前記（５）ないし（１６）のいずれか１に記載の口径変換型高分子光導波路の製造方法。
（１８）前記コア形成用硬化性樹脂が硬化したときの体積変化が１０％以下であることを特徴とする前記（５）ないし（１７）のいずれか１に記載の口径変換型高分子光導波路の製造方法。
（１９）前記コア形成用硬化性樹脂の硬化物の屈折率が１．５５以上であることを特徴とする前記（５）ないし（１８）のいずれか１に記載の口径変換型高分子光導波路の製造方法。
【００２０】
（２０）前記＜４＞の工程の後、クラッド用基材のコア形成面にクラッド層を形成する工程を有する前記（５）ないし（１９）のいずれか１に記載の口径変換型高分子光導波路の製造方法。
（２１）前記クラッド層の屈折率がクラッド用基材と同じであることを特徴とする前記（５）ないし（２０）のいずれか１に記載の口径変換型高分子光導波路の製造方法。
（２２）前記クラッド層が脂環式オレフィン樹脂フイルムであることを特徴とする前記（５）ないし（２１）のいずれか１に記載の口径変換型高分子光導波路の製造方法。
（２３）前記脂環式オレフィン樹脂フイルムが主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖に極性基をもつ樹脂フィルムであることを特徴とする前記（５）ないし（２２）のいずれか１に記載の口径変換型高分子光導波路の製造方法。
（２４）前記クラッド用基材及びクラッド層とコアとの屈折率差が０．０２以上あることを特徴とする前記（５）ないし（２３）のいずれか１に記載の口径変換型高分子光導波路の製造方法。
【００２１】
【発明の実施の形態】
最初に、口径変換型高分子光導波路作製用原盤の製造方法について説明する。原盤に形成される口径変換型高分子光導波路コアに対応する凸部は、長手方向に断面形状及び／又は断面積が異なる。
（第１の原盤の製造方法）
本発明における第１の原盤の製造方法は、絶縁性基板上に導電性薄膜を有し、かつ導電性薄膜の端部に給電端子が設けられた電着基板に、電着性及び感光性をもつ膜形成材料を電着して電着層を形成した後、該層を高分子光導波路コアパターン形状に露光現像する方法である。ここで、高分子光導波路コアパターン形状とは、光導波路コアを上部からみた平面形状をさす。
この第１の方法は、バルク金属に比べて抵抗の大きくなる薄膜電極を利用する方法である。すなわち、電着基板として絶縁性基板上に導電性薄膜（薄膜電極）を設け、該導電性薄膜の端部に給電端子を設けたものを用い、給電端子からの距離（抵抗）及び基板を流れる電流量によって発生する電圧降下を利用して、電着を行う方法である。この方法により、電着基板の場所により電流量を制御することが可能となり、給電端子近傍では層厚が厚くなり、離れるほど薄くなる電着層を得ることができる（長手方向に層厚が異なる）。スピンコート法のごとき塗布法では、場所により層の厚みを制御することは困難であるが、前記のごとき電着法は、電着基板の場所による電流量を制御でき、容易に場所により異なる厚みの電着層を得ることができる。
電着材料としては、電着性及び感光性をもつ膜形成材料を含むものを用いる。例えば、電着レジスト（関西ペイント（株）製、ゾンネＰ−５００など）として市販されているものが用いられる。
その後、フォトマスクを用いて光導波路コアパターン形状に露光現像する。露光現像の前にプリベークを行ってもよい。
図１は、第１の原盤の製造工程を説明する概念図である。図１（Ａ）は電着基板の長手方向断面図である。１０は電着基板、１２は絶縁性基板、１４は導電性薄膜、１６は給電端子をそれぞれ示す。図１（Ｂ）は前記電着基板の上に電着材料が電着された状態を示す断面図で、電着材料の層１８は、給電端子１６に近い側の層厚が厚く、離れるにしたがい層厚が薄く形成される。図１（Ｃ）は、導電性薄膜の全面に形成された電着材料の層１８を、光導波路コアパターン形状に露光現像して作製した原盤２０を示し、２２は高分子光導波路コアに対応する凸部を示す。給電端子に近い凸部では幅を大きく、離れるにしたがい凸部の幅を小さくしている。
【００２２】
前記電着基板の絶縁性基板としては、絶縁性を有し寸法安定性や機械的強度を備えていれば特に制限はなく、たとえがガラス板、セラミック板等が用いられる。また、導電性薄膜としてはＩＴＯ薄膜等が好ましく用いられ、給電端子としては、電着液との絶縁を保ったものが用いられる。
【００２３】
（第２の原盤の製造方法）
前記第１の方法は簡便な方法であるが、電着で形成される層は絶縁膜のため、層厚を３０μｍ程度までしか厚くすることができない。しかし、高分子光導波路はその口径が５０μｍ以上のものが要請される場合があり、大口径の高分子光導波路は第１の方法では作製が困難である。
第２の原盤の製造方法は、より大口径の高分子光導波路を作製することが可能な方法で、第１の方法で用いた電着基板を用い、同様にして電着性及び感光性をもつ膜形成材料を電着して電着層を形成し、給電端子近傍ではより厚く、離れるほど薄くなる電着層を形成した後、電着層の上に感光性樹脂材料の層を形成し、次いで前記電着層と感光性樹脂材料の層を光導波路コアパターン形状に露光現像する方法である。感光性樹脂材料の層は、必要な原盤凸部高さになるように、スピンコート法等の塗布により形成される。感光性樹脂材料の層を形成する前に、電着層をプリベークしてもよい。
この方法により、長手方向に断面形状及び／又は断面積が異なり、大口径の凸部を有する原盤を作製することができる。なおこの場合、電着に用いる感光性材料と電着膜の上に設ける感光性樹脂材料とは、ポジ型・ネガ型を一致させる必要がある。さらに露光現像条件が極力一致している感光性材料であることが望ましい。
【００２４】
図２は、第２の原盤の製造方法における工程を示す概念図である。図２（Ａ）は第１の方法において用いる電着基板と同様な電着基板の長手方向断面図を示す。図２（Ｂ）は、電着基板の上に、給電端子に近い側の膜厚が厚く、離れるにしたがい層厚が薄く電着形成された層１８を示す断面図である。図２（Ｃ）は電着層の上に必要な層厚で感光性樹脂材料の層１９を形成した断面図を示す。また、図２（Ｄ）は、電着材料の層１８及び感光性樹脂材料の層１９を、光導波路コアパターン形状に露光現像して作製した原盤２０を示し、２２は高分子光導波路コアに対応する凸部を示す。給電端子に近い凸部では幅を大きく、離れるにしたがい凸部の幅を小さくしている。この方法により、第１の方法よりも大口径の凸部を作製することができる。
【００２５】
（第３の原盤の製造方法）
次に、本発明の第３の原盤の製造方法について説明する。この方法は、光電着法を利用するもので、光電着法は、基板の場所により電流量を制御できる方法として、本発明者らが既に提案している方法である（特許３１５２１９２号等）。この光電着法は、光電着基板として、絶縁性基板上に導電性薄膜及び光半導体薄膜をこの順に積層したものを用い、前記光半導体薄膜の所定の場所に所定の光起電力を所定の時間発生させることにより、発生した光起電力及び時間に対応する膜厚の電着膜を形成することができる。第３の原盤の製造方法は、前記のごとき光電着基板の光半導体薄膜が電着液に接触した状態で、光半導体薄膜の所定の場所に露光時間及び／又は露光強度を調節しながら光照射して、これらに対応する膜厚を形成させる方法であり、膜厚（口径）を大きくしたい場所では露光強度及び／又は露光時間を増加させればよい。この方法により、口径変換型高分子光導波路コアの原盤を容易に作製することができる。光半導体薄膜の所定の場所に露光時間及び／又は露光強度を調節しながら光照射する手段としてはレーザー光照射が好ましい。
図３に第３の原盤の製造方法の工程の概念図を示す。図３（Ａ）は光電着装置に納めた電着液に、光電着基板の光半導体薄膜が少なくとも接触する状態に配置して、光半導体薄膜の所定の場所に露光時間及び／又は露光強度を調節しながら、Ｈｅ−Ｃｄレーザー等のレーザー光を走査照射して、長手方向に断面積（口径）が変化する薄膜を形成する方法の途中の段階を示している。図３（Ａ）中、３０は光電着基板、３２は絶縁性基板、３４は導電性薄膜、３６は光半導体薄膜を示し、４０は光電着装置、４５は電着液、５０はレーザー光照射装置、６０はポテンショスタット、６２は参照電極、６４は対向電極をそれぞれ示す。また、２２ａは、電着により形成された薄膜を示す。
また、図３（Ｂ）は、光電着基板３０の光半導体薄膜の上に、長手方向に断面積（口径）が変化する薄膜（凸部）２２が形成された原盤２０を示す。
【００２６】
（第４の原盤の製造方法）
また、本発明の第４の原盤の製造方法は、第３の方法と同様、光電着法を利用する方法である。第４の方法における光電着法で用いる光電着基板は、絶縁性基板上に、導電性薄膜、光半導体薄膜、及び光半導体薄膜が露出するようにかつ両端部の断面形状及び／又は断面積が異なる溝が設けられた層をこの順に積層したものである。溝が設けられた層は、フォトレジスト法（例えばＪＳＲ（株）製、ＴＨＢ−６１１Ｐ等の厚膜レジスト）により形成することができる。
この光電着基板を用い、光半導体薄膜が露出した溝底部に光電着を行う。光電着は、長手方向において形成される膜厚を異ならせ、電着終了後の溝の形状が高分子光導波路コアに対応する形状となるように、露光時間及び／又は露光強度を調節して光照射する。この光照射もレーザー光によることが好ましい。
次に、溝底部に電着膜が形成された光電着基板に電鋳（ニッケル電鋳など）を施して、溝部分及び溝が設けられた層の上に金属膜を形成し、その後、光電着基板と電鋳部を剥離すると、高分子光導波路コアに対応する凸部が形成された原盤が完成する。
【００２７】
この方法によると、凸部断面のエッジ部分の角度が４５°以上の原盤を作製することができる。単に光電着法を利用すると（第３の原盤の製造方法）エッジ部分の角度が４５°以上（例えば断面が矩形）の凸部を作製することは難しく、結合する相手デバイスの形状や大きさによっては必ずしも結合損失を有効に減らすことができない。しかし、前記の第４の方法によると、光電着は、溝を構成する左右の層に挟まれる場所に行われる形になり、かつ電着時の水素イオンの拡散が限定されるので溝型の矩形が実現できる。ただ、この方法では、高分子光導波路コアに対応する形状は、形成される薄膜ではなく、電着後の溝の形状であり反転しているので、さらに、電鋳により高分子光導波路コアに対応する凸部を形成する必要がある。
【００２８】
図４に、第４の原盤の製造方法の工程を概念図で示す。図４（Ａ）は用いる光電着基板の長手方向断面を示し、１００は光電着基板、１０２は絶縁性基板、１０４は導電性薄膜、１０６は光半導体薄膜、１０８は図示しない溝が設けられた層をそれぞれ示す。図４（Ｂ）は前記光電着基板の上面を示し、１１０は溝であり、溝の両端部の断面形状及び／又は断面積が異なるように形成され、溝底部では光半導体薄膜が露出している。
また、図４（Ｃ）は、前記光電着基板の溝底部に、長手方向に膜厚が異なる電着膜１１４が形成された状態を示し、図４（Ｄ）は、図４（Ｃ）で示されるものに電鋳を施し、溝部分及び層１０８の上に電鋳金属膜１１６を形成した状態を示す。図４（Ｅ）は図４（Ｄ）で示されるものから電鋳部分１１６を剥離した原盤２００を示し、原盤には、長手方向に断面積が異なる凸部２２０が形成されている。なお、溝底部への光電着は、図３（Ａ）で示したのと同様の装置が用いられる。
【００２９】
前記第３の原盤の製造方法に用いる光電着基板は、絶縁性基板上に導電性薄膜及び光半導体薄膜をこの順に積層したものが用いられる。前記絶縁性基板としては、ガラス板、石英板、プラスチックフィルム、エポキシ基板等が、導電性薄膜としてはＩＴＯ、酸化インジウム、ニッケル、アルミニウム等が、また、光半導体薄膜としては、酸化チタン薄膜等が用いられる。なお、絶縁性基板を通して光半導体薄膜に光照射する場合には、絶縁性基板及び導電性薄膜は光透過性であることが必要である。ただし、電着液を通して光照射する場合はこの限りでない。
また、第４の原盤の製造方法に用いる光電着基板は、第３の方法で用いる光電着基板に、前記のごとき溝が形成された層が設けられ、該層は、感光性樹脂の露光現像等により形成される。
前記第３及び第４の原盤の製造方法において、光照射は、絶縁性基板を通して行うことが、解像度および露光強度の点からみて好ましい。
【００３０】
また、前記第３及び第４の原盤の製造方法に用いる、ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料は、カルボキシル基やアミノ基などのように、液のｐＨが変わることにより、そのイオン解離性が変化する基（イオン性基）を分子中に有している物質を含むことが好ましい。
【００３１】
また、ｐＨの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する機能をもたせるために、分子中に親水基と疎水基を有していることが好ましく、親水基として、カルボキシル基（アニオン性基）、アミノ基（カチオン性基）等のイオン化可能性基（以下、単に「イオン化基」という）が導入されていることが好ましい。
前記高分子材料における疎水基の存在により、前記のようなｐＨの変化によってイオン解離している基がイオン性を失うこととあいまって、瞬時に膜を析出させるという機能を高分子材料に付与している。
【００３２】
疎水基と親水基を有する重合体中の疎水基の数が、親水基と疎水基の総数の３０％から８０％の範囲にあるものが好ましい。疎水基の数が親水基と疎水基の総数の３０％未満のものは、形成された膜が再溶解し易く、膜の耐水性や膜強度が不足する場合があり、また疎水基数が親水基と疎水基の総数の８０％より大きい場合は、水系液体への重合体の溶解性が不十分となるため、電着液が濁ったり、材料の沈殿物が生じたり、電着液の粘度が上昇しやすくなるので、前記の範囲にあることが望ましい。親水基と疎水基の総数に対する疎水基数は、より好ましくは５５％から７０％の範囲である。この範囲のものは、特に膜の析出効率が高く、電着液の液性も安定している。また、光起電力程度の低い電着電位で膜形成ができる。
【００３３】
前記高分子材料としては、例えば、親水基を有する重合性モノマー、疎水基を有する重合性モノマーを共重合させたものが挙げられる。
親水基を含む重合性モノマーとしては、メタクリル酸、アクリル酸、無水マレイン酸、フマル酸、プロピオル酸、イタコン酸などのα，β−エチレン性不飽和カルボン酸の他、メタクリル酸ヒドロキシエチル等のα，β−エチレン性不飽和カルボン酸のヒドロキシアルキルエステル、アクリルアミド等のα，β−エチレン性不飽和カルボン酸アミド、及びこれらの誘導体が用いられるが、これらに限定されるものではない。中でも特に、メタクリル酸、アクリル酸はｐＨ変化による着膜効率が高く、有用な親水基含有モノマーである。
また、疎水基を含む重合性モノマー材料は、アルケン、スチレン、α−メチルスチレン及びα−エチルスチレン等のスチレン誘導体、酢酸ビニル等のビニルエステル、アクリロニトリル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸ラウリルなどの（メタ）アクリル酸エステル及びこれらの誘導体が用いられるが、これらに限定されるものではない。特に、スチレン、α−メチルスチレン、α−エチルスチレンは疎水性が強いために、再溶解に対するヒステリシス特性を得やすく有用な疎水性モノマーである。本発明において用いる高分子材料としては、親水基含有モノマーとしてアクリル酸又はメタクリル酸を、疎水基含有モノマーとしてスチレン又はα−メチルスチレンを用いる共重合体が好ましく用いられる。
【００３４】
また、第１ないし第４の方法において用いる電着液には、カーボンなどの導電性微粒子を混入することにより、絶縁膜ではせいぜい５０μｍ程度の電着膜厚をさらに増やすことが可能になる。
【００３５】
前記光電着法は特許第３１５２１９２号明細書に詳細に説明されている。例えば、光半導体を含む光電着基板は段落００２３〜００３２に、電着材料を含む電着液は段落００２２、００３２〜００３９に、光電着装置は段落００４２〜００４６に記載され、これらの技術事項はすべて本発明の光電着に利用することができる。
【００３６】
本発明の前記第１ないし第４の鋳型の製造方法は、前記のごとく、電着又は光電着、感光性材料の露光・現像、及び電鋳という、それぞれが安価な方法を組み合わせたものであるにもかかわらず、高精度でかつ簡便に、口径変換型高分子光導波路コアに対応する凸部が形成された原盤を作製することができる。
【００３７】
次に、前記の第１ないし第４の原盤製造方法を用いて、口径変換型高分子光導波路を作製する方法について説明する。
第１ないし第４の原盤製造方法により原盤を作製した後、以下の工程を行うことにより口径変換型高分子光導波路を作製する。
（１）原盤に鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層を形成した後剥離して前記凸部に対応する凹部が形成された鋳型を作製する工程
（２）前記鋳型の凹部形成面にクラッド用基材を密着させる工程
（３）前記鋳型凹部とクラッド用基材の間に形成された溝にコア形成用硬化性樹脂を充填する工程
（４）前記コア形成用硬化性樹脂を硬化し、その後鋳型を剥離する工程
また導波路の機械的な強度を安定にし、導波特定も向上させるため、前記（４）の工程の後に、クラッド用基材のコア形成面にクラッド層を形成する工程を行うことが望ましい。
【００３８】
まず、図５を用いて本発明の高分子光導波路の製造方法の概略を説明する。
図５（Ａ）は光導波路コアに対応する凸部３０２（長手方向に断面形状及び／又は断面積が異なる）が形成された原盤３００を示す。最初に図５（Ｂ）で示すように、原盤３００の凸部３０２が形成された面に、鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層３２０を形成する。次に、硬化層３２０を原盤３００から剥離する。前記凸部３０２に対応する凹部３２２の末端が端部に露出していない場合には、凹部３２２が露出するように両端を切断して鋳型３２４を作製する（図５（Ｃ）参照）。
このようにして作製した鋳型３２４に、クラッド用基材３３０を密着させる（図５（Ｄ）参照）。次に、鋳型の一端をコアとなる硬化性樹脂３４０ａに接触させ、毛細管現象を利用して鋳型の凹部３２２に進入させる。図５（Ｅ）は鋳型の凹部３２２に硬化性樹脂３４０ａが充填された状態を示す。その後、凹部内の硬化性樹脂を硬化させ、鋳型３２４を剥離する（図示せず）。図５（Ｆ）が示すように、クラッド用フィルム基材の上に光導波路用凸部（コア）３４０が形成される。
さらに、クラッド用基材のコア形成面にクラッド層３５０を形成することにより、本発明の高分子光導波路３６０（図５（Ｇ）参照）が作製される。
【００３９】
以下に、各工程を詳細に説明する。
（１）原盤に鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層を形成した後剥離して原盤凸部に対応する凹部が形成された鋳型を作製する工程
鋳型は、前記のようにして作製した原盤の凸部形成面に、鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層を形成した後剥離して作製される。
鋳型形成用硬化性樹脂としては、その硬化物が原盤から容易に剥離することができること、鋳型（繰り返し用いる）として一定以上の機械的強度・寸法安定性を有することが好ましい。鋳型形成用硬化性樹脂には、必要に応じて各種添加剤を加えてもよい。
鋳型形成用硬化性樹脂は、原盤に形成された個々の光導波路を正確に写し取らなければならないので、ある限度以下の粘度、例えば、５００〜７０００ｍＰａ・ｓ、さらには、２０００〜５０００ｍＰａ・ｓ程度を有することが好ましい。また、粘度調節のために溶剤を、溶剤の悪影響がない程度に加えることができる。（なお本発明において用いる鋳型形成用硬化性樹脂としては、硬化性シリコーンゴムオリゴマー又はモノマーのように、硬化後、弾性を有するゴム状体となるものも含まれる。）
【００４０】
前記鋳型形成用硬化性樹脂としては、硬化後、シリコーンゴム又はシリコーン樹脂となる硬化性シリコーンゴムオリゴマー又はモノマー、硬化性シリコーン樹脂オリゴマー又はモノマー（熱硬化型、室温硬化型、）が、剥離性、機械強度・寸法安定性の観点から、また、クラッド用基材との密着性の良さから好ましく用いられる。特にシリコーンゴムはクラッド用基材との密着性と剥離性という相反した特性に優れ、ナノ構造を写し取る能力を持ち、シリコーンゴムとクラッド用基材とを密着させると液体の進入させ防ぐことができる。このようなシリコーンゴムを用いた鋳型は高精度に原盤を写し取り、クラッド用基材に良く密着するため、鋳型とクラッド用基材の間の凹部のみに効率よくコア形成用樹脂を充填することが可能となり、さらにクラッド用基材と鋳型の剥離も容易である。したがって、この鋳型からは高精度に形状を維持した高分子光導波路を、極めて簡便に作製することができる。
硬化性シリコーンゴムオリゴマー又はモノマー及び硬化性シリコーン樹脂オリゴマー又はモノマーとしては、メチルシロキサン基、エチルシロキサン基、フェニルシロキサン基を含むものが好ましく、特に硬化性ジメチルシロキサンゴムオリゴマー（ＰＤＭＳ）が密着性及び剥離性の点から好ましい。ＰＤＭＳの硬化物は、一般に屈折率が１．４３程度と低いために、ＰＤＭＳから作った鋳型は、クラッド用基材から剥離せずに、そのままクラッド層として利用することができる。この場合には、ＰＤＭＳ鋳型と、充填したコア形成用樹脂及びクラッド用基材とが剥がれないような工夫が必要になる。
【００４１】
前記原盤にはあらかじめ離型剤塗布などの離型処理を行なって鋳型との剥離を促進させることが望ましい。その後、原盤の凸部形成面に、鋳型形成用硬化性樹脂を塗布したり注型するなどの方法により鋳型形成用硬化性樹脂の層を形成し、その後硬化させる。
硬化層の厚さは鋳型としての取り扱い性を考慮して適宜決められるが、一般的に０．１〜５０ｍｍ程度が適切である。
その後、硬化層と原盤を剥離し、鋳型とする。鋳型端面に凹部が露出していない場合には、鋳型の両端を切断し凹部断面を露出させる。
鋳型の表面エネルギーは、１０ｄｙｎ／ｃｍ〜３０ｄｙｎ／ｃｍ、好ましくは１５ｄｙｎ／ｃｍ〜２４ｄｙｎ／ｃｍの範囲にあることが、基材フィルムとの密着性の点からみて好ましい。
鋳型のシェア（Ｓｈａｒｅ）ゴム硬度は、１５〜８０、好ましくは２０〜６０であることが、型取り性能や剥離性の点からみて好ましい。
鋳型の表面粗さ（二乗平均粗さ（ＲＭＳ））は、０．５μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以下にすることが、型取り性能の点からみて好ましい。
【００４２】
（２）鋳型の凹部形成面にクラッド用基材を密着させる工程
本発明において用いるクラッド用基材としては、ガラス基材、セラミック基材、プラスチック基材等のものが制限なく用いられる。また屈折率制御のために前記基材に樹脂コートしたものも用いられる。クラッド用基材の屈折率は、１．５５より小さく、１．５０より小さいものがより好ましい。特に、コア材の屈折率より０．０２以上、さらには０．０５以上小さいことが好ましい。また、クラッド基材としては、鋳型との密着性に優れ、両者を密着させた場合、鋳型凹部以外に空隙が生じないものが好ましい。
プラスチック基材の中でも、フレキシブルなフィルム基材を用いた高分子光導波路は、カプラー、ボード間の光配線や光分波器等としても使用でき、その用途に応じて、フィルム基材の屈折率、光透過性等の光学的特性、機械的強度、耐熱性、鋳型との密着性、フレキシビリティー（可撓性）等を考慮して選択される。前記フィルムとしては脂環式アクリルフイルム、脂環式オレフィンフイルム、三酢酸セルロースフイルム、含フッ素樹脂フイルム等が挙げられる。フィルム基材の屈折率は、コアとの屈折率差を確保するため、１．５５より小さく、好ましくは１．５３より小さくすることが望ましい。
【００４３】
前記脂環式アクリルフイルムとしてはトリシクロデカン等の脂肪族環状炭化水素をエステル置換基に導入した、ＯＺ−１０００、ＯＺ−１１００等が用いられる。
また、脂環式オレフィンフイルムとしては主鎖にノルボルネン構造を有するもの、及び主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖にアルキルオキシカルボニル基（アルキル基としては炭素数１から６のものやシクロアルキル基）等の極性基をもつものが挙げられる。中でも前記のごとき主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖にアルキルオキシカルボニル基等の極性基をもつ脂環式オレフィン樹脂は、低屈折率（屈折率が１．５０近辺であり、コア・クラッドの屈折率の差を確保できる）及び高い光透過性等の優れた光学的特性を有し、鋳型との密着性に優れ、さらに耐熱性に優れているので特に本発明の高分子光導波路の作製に適している。アートンフイルム（ＪＳＲ（株）製）やゼオネアフイルム（日本ゼオン（株）製）は、屈折率１．５０近辺であり利用しやすい。
また、前記フィルム基材の厚さはフレキシビリティーと剛性や取り扱いの容易さ等を考慮して適切に選ばれ、一般的には０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度が好ましい。
また、クラッド用基材としてフィルム基材を用いる場合は、フィルム基材を表面が平坦な剛体の上に置いた状態で鋳型と密着させることが好ましい。
【００４４】
（３）鋳型凹部とクラッド用基材の間に形成された溝にコア形成用硬化性樹脂を充填する工程
この工程においては、コア形成用硬化性樹脂、例えば紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂を、毛細管現象により鋳型とクラッド用基材との間に形成された空隙（鋳型の凹部）に充填させる。鋳型に、クラッド用基材を密着させると、両者を特別な手段を用いて固着させなくても（前記特許第３１５１３６４号明細書に記載のごとき固着手段）、鋳型に形成された凹部構造以外には、鋳型とクラッド用基材の間に空隙が生ずることなく、紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂を前記凹部のみに進入させることができる。
一方、鋳型凹部の径が小さければ小さいほど充填速度が遅くなり、実用的な速度での充填が不可能になるので、毛細管現象の充填速度を上げることが実際に使うときに課題となる。充填速度を上げる方法としては、コア形成用硬化性樹脂の粘度を下げることと、凹部排出側の圧力を下げる（例えば吸引）のが効果的である。
【００４５】
前記観点から、前記硬化性樹脂の粘度は、１０ｍＰａ・ｓ〜２０００ｍＰａ・ｓ、望ましくは２０ｍＰａ・ｓ〜１０００ｍＰａ・ｓ、更に好ましくは３０ｍＰａ・ｓ〜５００ｍＰａ・ｓにするのが好ましい。
このほかに、原盤に形成された光導波路用凸部が有する元の形状を高精度に再現するため、前記コア形成用硬化性樹脂の硬化前後の体積変化が小さいことが必要である。例えば、体積が減少すると所定の形状と異なる形になり導波損失の原因になる。したがって、前記硬化性樹脂は、溶剤フリーで体積変化ができるだけ小さいものが望ましく、１０％以下、好ましくは５％以下であるのが望ましい。
また、前記紫外線硬化性樹脂としてエポキシ系、ポリイミド系、アクリル系紫外線硬化性樹脂が好ましく用いられる。
【００４６】
コア形成用硬化性樹脂の硬化物の屈折率は、クラッドを構成する高分子材料よりも高い（クラッドとの差が０．０２以上、好ましくは０．０５以上）ことが必要である。例えば、クラッド用基材としてフィルム基材を用いると、鋳型との密着性の良いフィルム基材は、屈折率１．５０近辺のものが多いため、屈折率差を０．０５以上とる場合には、コア形成用硬化性樹脂の硬化物の屈折率は１．５５以上が好ましい。
【００４７】
（４）コア形成用硬化性樹脂を硬化し、その後鋳型を剥離する工程
充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させる。紫外線硬化性樹脂を硬化させるには、紫外線ランプ、紫外線ＬＥＤ、ＵＶ照射装置等が用いられる。また、熱硬化性樹脂を硬化させるには、オーブン中での加熱等が用いられる。
また、前記鋳型をそのままクラッド層に用いることも可能で、この場合は、鋳型を剥離する必要はなくそのままクラッド層として利用する。
【００４８】
（５）クラッド用基材のコア形成面にクラッド層を形成する工程
コアが形成されたフィルム基材の上にクラッド層を形成するが、クラッド層としては前記クラッド用基材が同様に用いられる他、硬化性樹脂（紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂）を塗布して硬化させた層、高分子材料の溶剤溶液を塗布して乾燥して得られる高分子膜等が挙げられる。クラッド層としてフィルムを用いる場合は、接着剤を用いて貼り合わされるが、その際、接着剤の屈折率がフィルムの屈折率と近いことが望ましい。
クラッド層の屈折率は、コアとの屈折率差を確保するため、１．５５より小さく、好ましくは１．５３より小さくすることが望ましい。また、クラッド層の屈折率を前記クラッド用基材の屈折率と同じにすることが、光の閉じ込めの点からみて好ましい。
【００４９】
本発明の高分子光導波路の製造方法において、特に、鋳型形成用硬化性樹脂として熱硬化性のシリコーンゴムオリゴマー又はモノマー、中でも熱硬化性のジメチルシロキサンゴムオリゴマー又はモノマーを用い、フィルム基材として主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖にアルキルオキシカルボニル基等の極性基をもつ脂環式オレフィン樹脂を用いる組み合わせは、両者の密着性が特に高く、また、凹部構造の断面積が極めて小さくても（例えば１０×１０μｍの矩形）毛細管現象により素早く凹部に硬化性樹脂を充填することができる。
【００５０】
さらに、前記の鋳型をクラッド層として用いることもできるが、その場合には、鋳型の屈折率が１．５以下で、鋳型とコア材料の接着性を向上させるために鋳型をオゾン処理することが好ましく、また、鋳型の３５０ｎｍ〜７００ｎｍ領域における光透過率が８０％以上であることが望ましい。
【００５１】
本発明の口径変換型高分子光導波路の製造方法においては、前記のごとく原盤が安価にかつ高精度に作製され、また、この原盤を用いるその後の高分子光導波路の製造工程も簡易な工程の組み合わせであるため、従来の口径変換型高分子光導波路の製造方法に比較し、極めて低コストで高分子光導波路を作製することができる。また、本発明の高分子光導波路の製造方法により、損失ロスが少なく高精度であり、かつ各種機器への自由な装填を可能とするフレキシブルな高分子光導波路を製造することができる。さらに高分子光導波路の形状等を自由に設定することができる。
【００５２】
【実施例】
以下に実施例を示し本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
実施例１
＜原盤の作製＞
厚み１．１ｍｍで７０ｍｍ角のガラス基板上に、ＩＴＯ薄膜を厚み１５０ｎｍ積層し、かつ基板の一辺に前記ＩＴＯ薄膜と電気的に接続する給電端子を幅１ｍｍで設けた電着基板を用意し、別途、白金めっきしたチタン板（対向電極）、及び参照電極（飽和カロメル電極）を用意した。
電着装置として３極式のものを用い、液槽に電着レジスト材（関西ペイント（株）製、ゾンネＥＤＵＶ  Ｐ−５００）を含む電着液を満たし、対向電極と参照電極を液槽中にセットし、さらに前記電着基板を、ＩＴＯ薄膜が電着液に接触するように電着装置に配置した。給電端子をポテンショスタットに接続し、給電端子の電圧が参照電極の基準に対して３０Ｖになるように電圧印加し、２分電着した。
その結果、ＩＴＯ薄膜上に電着レジストが着膜したが、その膜厚は、給電端子に最も近い地点で１７μｍ、最も遠い地点で５μｍとなった。
電着レジストをプリベーク後、導波路コアパターンをもつフォトマスクを用いて、５００ｍｊ／ｃｍ２の露光強度で露光した。フォトマスクの開口部は、給電端子に近い側の幅が１７μｍ、遠い側が５μｍの幅になるようにした。その後ＴＭＡＨ現像液で現像、ポストベークしたところ、両端が５μｍと１７μｍの矩形で連続的に断面積が変化する光導波路コアに相当する凸型が形成された原盤が得られた。
【００５３】
＜口径変換型高分子光導波路の作製＞
次に、この原盤に離型剤を塗布した後、ポリジメチルシロキサンゴム（ＰＤＭＳ）オリゴマー（ダウコウニングアジア社製：ＳＹＬＧＡＲＤ１８４）を流し込んで１２０℃で３０分間加熱することで硬化させた後、剥離して前記凸部に対応する凹部を持った厚み１ｍｍの型を作製し、次に、型の両端を切断して下記紫外線硬化性樹脂の入出力部を作り鋳型とした。
この鋳型と、鋳型より一回り大きく、平板ガラス上に真空チャックされたフィルム基材（アートンフイルム、膜厚１８８μｍ、ＪＳＲ（株）製、屈折率１．５１）を接触させたところ、両者は密着した。
次に、鋳型の一端にある入力部に、粘度が２００ｍＰａ・ｓのエポキシ系紫外線硬化性樹脂（ＮＴＴ−ＡＴ社製）を数滴落とし、２０ｋＰａの吸引力で出力部から吸引したところ、約３分で毛細管現象により前記凹部の全領域に紫外線硬化性樹脂が充填された。
上記状態において鋳型を透して５０ｍＷ／ｃｍ２のＵＶ光を１０分間照射して硬化させ、鋳型を剥離してアートンフイルム基材上に、屈折率１．５４のコアを作製した。さらに、コア形成面上に、屈折率がアートンフイルムと同じ１．５１の紫外線硬化樹脂（ＪＳＲ（株）製）を塗布し、さらにこの上に前記基材フィルムと同じアートンフィルムを重ねて、５０ｍＷ／ｃｍ２のＵＶ光を１０分間照射して硬化させた。さらに両端をダイシングソーで切断することにより口径変換型高分子光導波路を完成させた。
【００５４】
実施例２
＜原盤の作製＞
実施例１と同様にして、電着基板に電着レジストを電着してプリベークした工程に続いて、スピンコート法により厚膜レジスト（ＪＳＲ（株）製、ＴＨＢ  Ｐ６１１）を重ねて塗布した。これにより膜厚は最も薄いところで５０μｍ、最も厚いところで６３μｍとなった。
さらにプリベークを行った後、開口部が、給電端子に近い側の幅が６３μｍ、遠い側が５０μｍの幅である導波路コアパターンフォトマスクを用いて５００ｍＷ／ｃｍ２の露光強度で露光した。その後ＴＭＡＨ現像液で現像し、ポストベークしたところ、両端が５０μｍと６３μｍの矩形で連続的に断面積が変化する導波路コアに相当する凸型が形成された原盤が得られた。
＜口径変換型高分子光導波路の作製＞
次に、この原盤に離型剤を塗布した後、ポリジメチルシロキサンゴム（ＰＤＭＳ）オリゴマー（ダウコウニングアジア社製：ＳＹＬＧＡＲＤ１８４）を流し込んで１２０℃で３０分間加熱することで硬化させた後、剥離して前記凸部に対応する凹部を持った厚み１ｍｍの型を作製し、次に、型の両端を切断して下記紫外線硬化性樹脂の入出力部を作り鋳型とした。
この鋳型と、鋳型より一回り大きく、平板ガラス上に真空チャックされたフィルム基材（アートンフイルム、膜厚１８８μｍ、ＪＳＲ（株）製、屈折率１．５１）を接触させたところ、両者は密着した。
次に、鋳型の一端にある入力部に、粘度が２００ｍＰａ・ｓのエポキシ系紫外線硬化性樹脂（ＮＴＴ−ＡＴ社製）を数滴落としたところ、約１０分で毛細管現象により前記凹部の全領域に紫外線硬化性樹脂が充填された。
上記状態において鋳型を透して５０ｍＷ／ｃｍ２のＵＶ光を１０分間照射して硬化させ、鋳型を剥離してアートンフイルム基材上に、屈折率１．５２のコアを作製した。さらに、コア形成面上に、屈折率がアートンフイルムと同じ１．５１の紫外線硬化樹脂（ＪＳＲ（株）製）を塗布し、さらにこの上に前記基材フィルムと同じアートンフィルムを重ねて、５０ｍＷ／ｃｍ２のＵＶ光を１０分間照射して硬化させた。さらに両端をダイシングソーで切断することにより、両端が各々６２．５μｍ及び５０μｍ角の口径変換型高分子光導波路が得られた。
【００５５】
実施例３
＜原盤の作製＞
厚み１．１ｍｍで７０ｍｍ角のガラス基板上に、ＩＴＯ薄膜を厚み１５０ｎｍ、さらに酸化チタンを厚み１５０ｎｍ積層した光電着基板と、白金めっきしたチタン板（対向電極）、及び参照電極（飽和カロメル電極）を用意した。
電着液として、純水１００ｇに対してスチレン−アクリル酸共重合体（分子量１３，０００、スチレンとアクリル酸の共重合モル比６５：３５、酸価１５０）を１０ｇ溶解させ、更にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド及び塩化アンモニウムを用いてｐＨ７．８、導電率１２ｍＳ／ｃｍになるように調整したものを用意した。
図３（Ａ）で示すような電気化学で一般的な三極式の電着装置に前記電着液を入れ、対向電極及び参照電極を電着液中にセットし、さらに、前記基板の酸化チタン薄膜が電着液に接するように電着装置に基板を配置した。飽和カロメル電極に対しＴｉＯ２電極を作用電極として利用した。
形成すべき光導波路コア形状にしたがって、Ｈｅ−Ｃｄレーザーの強度を変化させながらスキャン照射し、酸化チタン薄膜上に、膜厚が５μｍから２０μｍ、幅が１０〜４０μｍまで連続的に変化する凸型が形成された原盤を得た。
【００５６】
＜口径変換型高分子光導波路の作製＞
次に、この原盤に離型剤を塗布した後、ポリジメチルシロキサンゴム（ＰＤＭＳ）オリゴマー（ダウコウニングアジア社製：ＳＹＬＧＡＲＤ１８４）を流し込んで１００℃で１時間加熱することで硬化させた後、剥離して前記凸部に対応する凹部を持った厚み１ｍｍの型を作製し、次に、型の両端を切断して下記紫外線硬化性樹脂の入出力部を作り鋳型とした。
この鋳型と、鋳型より一回り大きく、平板ガラス上に真空チャックされたフィルム基材（アートンフイルム、膜厚１８８μｍ、ＪＳＲ（株）製、屈折率１．５１）を接触させたところ、両者は密着した。
次に、鋳型の一端にある入出力部に、粘度が２００ｍＰａ・ｓのエポキシ系紫外線硬化性樹脂（ＮＴＴ−ＡＴ社製）を数滴落としたところ、約３０分で毛細管現象により前記凹部の全領域に紫外線硬化性樹脂が充填された。
上記状態において鋳型を透して５０ｍＷ／ｃｍ２のＵＶ光を１０分間照射して硬化させ、鋳型を剥離してアートンフイルム基材上に、屈折率１．５４のコアを作製した。さらに、コア形成面上に、屈折率がアートンフイルムと同じ１．５１の紫外線硬化樹脂（ＪＳＲ（株）製）を塗布し、さらにこの上に前記基材フィルムと同じアートンフィルムを重ねて、５０ｍＷ／ｃｍ２のＵＶ光を１０分間照射して硬化させた。さらに両端をダイシングソーで切断することにより、口径変換型導波路を完成させた。
【００５７】
実施例４
＜原盤の作製＞
厚み１．１ｍｍで７０ｍｍ角のガラス基板上に、ＩＴＯ薄膜を厚み１５０ｎｍ、さらに酸化チタンを厚み１５０ｎｍ積層した。酸化チタン層の上に厚膜フォトレジスト（膜厚６３μｍ）を形成し、その後露光現像して溝（酸化チタン薄膜が露出）を形成し、光電着基板とした。厚膜レジストにおける溝の深さは６３μｍであり、また溝の幅は、基板の端から端へ５０〜６３μｍとなるように変化させた。別途、白金めっきしたチタン板（対向電極）、及び参照電極（飽和カロメル電極）を用意した。
電着液として、純水１００ｇに対してスチレン−アクリル酸共重合体（分子量１３，０００、スチレンとアクリル酸の共重合モル比６５：３５、酸価１５０）を１０ｇ溶解させ、更にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド及び塩化アンモニウムを用いてｐＨ７．８、導電率１２ｍＳ／ｃｍになるように調整したものを用意した。
図３（Ａ）で示すような電気化学で一般的な三極式の電着装置に前記電着液を入れ、対向電極及び参照電極を電着液中にセットし、さらに、前記光電着基板溝底部の、露出した酸化チタン薄膜が電着液に接するように光電着基板を配置した。飽和カロメル電極に対し酸化チタン電極を作用電極として利用した。
前記厚膜レジストに設けた溝に沿って、Ｈｅ−Ｃｄレーザーの強度を変えながらスキャンし、厚膜レジストにおける溝幅が最も狭いところから最も広いところまでの膜厚がほぼ１３μｍ〜０μｍとなるように、光電着により溝部の酸化チタン膜の上に薄膜形成を行い、最終的に、溝の断面形状が、溝の幅が最も狭いところから最も広いところへ向かって、５０μｍ角から６３μｍ角まで連続的に変化する凹型母型を作製した。
この凹型母型に対してニッケル電鋳を行い、厚さ２ｍｍで、表面に断面形状が５０μｍ角から６３μｍ角の凸部が形成された原盤を作製した。
【００５８】
＜口径変換型高分子光導波路の作製＞
次に、この原盤に離型剤を塗布した後、ポリジメチルシロキサンゴム（ＰＤＭＳ）オリゴマー（ダウコウニングアジア社製：ＳＹＬＧＡＲＤ１８４）を流し込んで１００℃で１時間加熱することで硬化させた後、剥離して前記凸部に対応する凹部を持った厚み１ｍｍの型を作製し、次に、型の両端を切断して下記紫外線硬化性樹脂の入出力部を作り鋳型とした。
この鋳型と、鋳型より一回り大きく、平板ガラス上に真空チャックされたフィルム基材（アートンフイルム、膜厚１８８μｍ、ＪＳＲ（株）製、屈折率１．５１）を接触させたところ、両者は密着した。
次に、鋳型の一端にある入出力部に、粘度が２００ｍＰａ・ｓのエポキシ系紫外線硬化性樹脂（ＮＴＴ−ＡＴ社製）を数滴落としたところ、約１０分で毛細管現象により前記凹部の全領域に紫外線硬化性樹脂が充填された。
上記状態において鋳型を透して５０ｍＷ／ｃｍ２のＵＶ光を１０分間照射して硬化させ、鋳型を剥離してアートンフイルム基材上に、屈折率１．５４のコアを作製した。さらに、コア形成面上に、屈折率がアートンフイルムと同じ１．５１の紫外線硬化樹脂（ＪＳＲ（株）製）を塗布し、さらにこの上に前記基材フィルムと同じアートンフィルムを重ねて、５０ｍＷ／ｃｍ２のＵＶ光を１０分間照射して硬化させた。さらに両端をダイシングソーで切断することにより、両端部の断面形状がそれぞれ６２．５μｍと５０μｍ角のマルチモード光ファイバーに対応した口径変換型導波路を完成させた。このときの結合損失は０．１〜０．３ｄＢ程度であった。
【００５９】
実施例５
＜原盤の作製＞
厚み１．１ｍｍで７０ｍｍ角のガラス基板上に、ＩＴＯ薄膜を厚み１５０ｎｍ、さらに酸化チタンを厚み１５０ｎｍ積層した。酸化チタン層の上に厚膜フォトレジスト（膜厚５０μｍ）を形成し、その後露光現像して溝（酸化チタン薄膜が露出）を形成し、光電着基板とした。厚膜レジストにおける溝の深さは５０μｍであり、また溝の幅は、基板の端から端へ５０〜１０μｍとなるように変化している。別途、白金めっきしたチタン板（対向電極）、及び参照電極（飽和カロメル電極）を用意した。
電着液として、純水１００ｇに対してスチレン−アクリル酸共重合体（分子量１３，０００親水基／（親水基＋疎水基）のモル比６５％酸価１５０）を１０ｇ溶解させ、これに平均粒子径が６０ｎｍの導電性カーボンを１０ｇ分散させ、更にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド及び塩化アンモニウムを用いてｐＨ７．８、導電率１２ｍＳ／ｃｍになるように調整したものを用意した。
電気化学で一般的な三極式の電着装置に前記電着液を入れ、対向電極及び参照電極を電着液中にセットし、さらに、前記基板の露出した酸化チタン薄膜が電着液に接するように基板を配置した。飽和カロメル電極に対しＴｉＯ２電極を作用電極として利用した。
前記厚膜レジストに設けた溝に沿って、Ｈｅ−Ｃｄレーザーの強度を変えながらスキャンし、厚膜レジストにおける溝幅が最も狭いところから最も広いところまでの膜厚が４０μｍ〜０μｍとなるように、光電着により溝部のＴｉＯ２膜の上に薄膜形成を行い、最終的に、溝の断面形状が、溝の幅が最も狭いところから最も広いところへ向かって、１０μｍ角から５０μｍ角まで連続的に変化する凹型母型を作製した。
この凹型母型に対してニッケル電鋳を行い、厚さ２ｍｍで、表面に断面形状が１０μｍ角から５０μｍ角の凸部をもつ凸型母型（原盤）を作製した。
【００６０】
＜口径変換型高分子光導波路の作製＞
次に、この原盤に離型剤を塗布した後、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）オリゴマー（ダウコウニングアジア社製：ＳＹＬＧＡＲＤ１８４）を流し込んで１００℃で１時間加熱することで硬化させた後、剥離して前記凸部に対応する凹部を持った厚み１ｍｍの型を作製し、次に、型の両端を切断して下記紫外線硬化性樹脂の入出力部を作り鋳型とした。
この鋳型と、鋳型より一回り大きく、平板ガラス上に真空チャックされたフィルム基材（アートンフイルム、膜厚１８８μｍ、ＪＳＲ（株）製、屈折率１．５１）を接触させたところ、両者は密着した。
次に、鋳型の一端にある入力部に、粘度が２００ｍＰａ・ｓのエポキシ系紫外線硬化性樹脂（ＮＴＴ−ＡＴ社製）を数滴落とし、２０ｋＰａの吸引力で出力部から吸引したところ、約３分で毛細管現象により前記凹部の全領域に紫外線硬化性樹脂が充填された。
上記状態において鋳型を透して５０ｍＷ／ｃｍ２のＵＶ光を１０分間照射して硬化させ、鋳型を剥離してアートンフイルム基材上に、屈折率１．５４のコアを作製した。さらに、コア形成面上に、屈折率がアートンフイルムと同じ１．５１の紫外線硬化樹脂（ＪＳＲ（株）製）を塗布し、さらにこの上に前記基材フィルムと同じアートンフィルムを重ねて、５０ｍＷ／ｃｍ２のＵＶ光を１０分間照射して硬化させた。さらに両端をダイシングソーで切断することにより、発光面積１０μｍのＶＣＳＥＬを直結して５０μｍのマルチモード光ファイバーに接続する口径変換型導波路を完成させた。このときの結合損失は０．１〜０．３ｄＢ程度であった。
【００６１】
【発明の効果】
本発明の前記第１ないし第４の鋳型の製造方法は、前記のごとく、電着又は光電着、感光性材料の露光・現像、及び電鋳という、それぞれが安価な方法を組み合わせたものであるにもかかわらず、高精度でかつ簡便に、口径変換型高分子光導波路コアに対応する凸部が形成された原盤を作製することができる。
本発明の高分子光導波路の製造方法は、製造工程が極めて単純化され容易に高分子光導波路を作製することができ、従来の高分子光導波路の製造方法に比較し、極めて低コストで高分子光導波路を作製することができ、量産性にも優れている。また、本発明の高分子光導波路の製造方法により、損失ロス及び結合ロスが少なく高精度であり、かつ各種機器への自由な装填を可能とするフレキシブルな高分子光導波路を簡便に量産性よく製造することができる。さらに高分子光導波路の形状等を自由に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の原盤の製造工程を示す概念図である。
【図２】本発明の第２の原盤の製造工程を示す概念図である。
【図３】本発明の第３の原盤の製造工程を示す概念図である。
【図４】本発明の第４の原盤の製造工程を示す概念図である。
【図５】本発明の口径変換型高分子光導波路の製造工程を示す概念図である。
【符号の説明】
１０                    電着基板
１８                    電着層
１９                    感光性樹脂材料の層
２０、２００、３００    原盤
２２、２２０、３０２    高分子光導波路コアに対応する凸部
１００                  光電着基板
１１０                  溝
１１４                  薄膜（電着膜）
１１６                  電鋳金属膜
３２４                  鋳型
３３０                  クラッド用基材
３４０                  高分子光導波路コア
３５０                  クラッド層
【図１】
2004184479.tif 000003
【図２】
2004184479.tif 000004
【図３】
2004184479.tif 000005
【図４】
2004184479.tif 000006
【図５】
2004184479.tif 000007