(57)【要約】【課題】基板上の選択的領域に光の導波路を有する光導波路構造体およびその製造方法において、容易に、基板上の選択的領域に光導波路を形成すること。【解決手段】基板と、基板上に形成されたクラッド層と、クラッド層上に形成されたフォトクロミック材料を含む層であって、第１の部位と第１の部位以外の第２の部位とを有し、第１の部位の屈折率が第２の部位の屈折率より高い光導波路含有層と、光導波路含有層上に形成されたクラッド層とを具備する。【選択図】　　　図２
2004126461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成されたクラッド層と、
前記クラッド層上に形成されたフォトクロミック材料を含む層であって、第１の部位と前記第１の部位以外の第２の部位とを有し、前記第１の部位の屈折率が前記第２の部位の屈折率より高い光導波路含有層と、
前記光導波路含有層上に形成されたクラッド層と
を具備することを特徴とする光導波路構造体。
【請求項２】
光導波路含有層の第１の部位に含まれるフォトクロミック材用が、スピロピラン化合物とクロロシラン化合物との反応生成物を含むことを特徴とする請求項１記載の光導波路構造体。
【請求項３】
基板上にクラッド層を形成する工程と、
前記クラッド層上にフォトクロミック材料を含む樹脂層を形成する工程と、
前記形成された樹脂層上にパターン化されたマスクを位置させ、該マスクを介して前記樹脂層にフォトクロミック材料の構造変化をもたらす光を照射する工程と、
前記樹脂層上にクラッド層を形成する工程と
を具備することを特徴とする光導波路構造体の製造方法。
【請求項４】
フォトクロミック材料が、スピロピラン化合物とクロロシラン化合物とを含むことを特徴とする請求項３記載の光導波路構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上の選択的領域に光の導波路を有する光導波路構造体およびその製造方法に係り、特に、選択的領域の光導波路を容易に形成するのに好適な光導波路構造体およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光導波路構造体の製造には、従来、半導体製造技術を応用するものが多い（例えば特許文献１〜４）。このため工程数が多かったり製造装置が高額であったりして製品コストを押上げる一因になる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１３９６４０号公報
【特許文献２】
特開２０００‐３４０９０７号公報
【特許文献３】
特開平１０‐１９７７３７号公報
【特許文献４】
特開平８−４３６５３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、基板上の選択的領域に光の導波路を有する光導波路構造体およびその製造方法において、基板上の選択的領域に光導波路を容易に形成することが可能な光導波路構造体およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る光導波路構造体は、基板と、前記基板上に形成されたクラッド層と、前記クラッド層上に形成されたフォトクロミック材料を含む層であって、第１の部位と前記第１の部位以外の第２の部位とを有し、前記第１の部位の屈折率が前記第２の部位の屈折率より高い光導波路含有層と、前記光導波路含有層上に形成されたクラッド層とを具備することを特徴とする。
【０００６】
この光導波路構造体は、光導波路含有層を有し、この層は、フォトクロミック材料を含む第１の部位と第２の部位とを有する。第１の部位は、フォトクロミック材料が光照射によって構造変化した反応生成物を含んでおり、かつ、構造変化をしないフォトクロミック材料を含んでいる第２の部位より屈折率が高い。したがって、第１の部位が光導波路となるものである。光導波路含有層の第１の部位は、例えば周知のパターニングされたフォトレジストをマスクに用いて選択的に光作用により構造変化させさらに他の化合物と化合反応させて形成することが可能である。すなわち、光作用により光導波路を容易に任意形状に形成することができる。
【０００７】
なお、フォトクロミック材料とは、分子量の変化を伴わず分子内の結合様式が光反応により可逆的に変化する材料をいう。
【０００８】
また、本発明に係る光導波路構造体の製造方法は、基板上にクラッド層を形成する工程と、前記クラッド層上にフォトクロミック材料を含む樹脂層を形成する工程と、前記形成された樹脂層上にパターン化されたマスクを位置させ、該マスクを介して前記樹脂層にフォトクロミック材料の構造変化をもたらす光を照射する工程と、前記樹脂層上にクラッド層を形成する工程とを具備することを特徴とする。
【０００９】
この製造方法では、基板上にクラッド層を形成し、前記クラッド層上にフォトクロミック材料を含む樹脂層を形成する。パターン化されたマスクを介してフォトクロミック材料の構造変化をもたらす光を照射する。これにより、構造変化したフォトクロミック材料が例えばクロロシラン化合物と反応して、屈折率が高い部位が形成される。すなわち、この部位が光導波路となる。光作用により容易に光導波路を任意形状に形成することが可能である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施態様としての光導波路構造体は、前記光導波路含有層の前記第１の部位は、スピロピラン化合物とクロロシラン化合物との反応生成物を含む。スピロピラン化合物がフォトクロミック材料であり、クロロシラン化合物はスピロピラン化合物の一方の構造と反応し他方の構造とは反応しない化合物である。この反応により生成される化合物を樹脂中に分散させたものは、スピロピラン化合物の他方の構造のものを樹脂中に分散させたものより屈折率が高い。この態様は、本発明たる製造方法における実施態様でも同様である。
【００１１】
以上を踏まえ、以下では本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１、図２は、本発明の一実施形態に係る光導波路構造体を製造するプロセスを順を追って示す斜視図である。図１（ａ）、同（ｂ）、同（ｃ）、同（ｄ）、図２（ａ）、同（ｂ）の順にプロセスが進行する。これらの図において同一相当部位には同一符号を付してある。
【００１２】
まず、図１（ａ）に示すように、光導波路構造体のベースとなる基板１１を用意する。基板１１の材質は、シリコン、ガラスエポキシ、プラスチック（樹脂）、セラミックス、ガラスなどとすることができる。主面の大きさは、形成すべき光導波路の微細さや規模によって適宜決める。
【００１３】
次に、図１（ｂ）に示すように、基板１１上に下部クラッド層１２を形成する。下部クラッド層１２には、その材質として、後述する高屈折率部位１３ａより屈折率の低いものを選択し、光導波路となる高屈折率部位１３ａ中の光が漏れないようにする。なお、クラッド層の形成には、周知の各種の方法を用いることができる。
【００１４】
次に、図１（ｃ）に示すように、下部クラッド層１２上に、フォトクロミック材料とこのフォトクロミック材料の一方の構造のものと反応して反応生成物を生成する化合物とを含む樹脂を層状に塗布して樹脂層１３とする。
【００１５】
樹脂層１３を形成する樹脂には、これらのフォトクロミック材料、化合物を分散させるため例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）やＰＣ（ポリカーボネート）などの高透明性樹脂を含ませることが可能であり、かつ適用のため流動性を持たせるのに溶媒として例えばアセトンを含ませることが可能である。樹脂層１３の形成後、乾燥させて溶媒を揮発させてフィルム化させることができる。樹脂層１３は、例えば上記のようなペースト状または液状の樹脂を塗布して形成する。より具体的には、例えばカーテンコート、スピンコートなど周知の方法によれば容易にほぼ一様な厚さに形成することができる。
【００１６】
次に、図１（ｄ）に示すように、形成すべき光導波路の形状にパターン化されたマスク１４をフィルム化された樹脂層１３上に位置させるようにする。そして、マスク１４を介してその対向側から特定波長帯の光１５を例えば特定波長光線発生器（紫外線発生器など）を用いて樹脂層１３上に照射する。
【００１７】
これにより、マスク１４によって遮られずに樹脂層１３に入射した特定波長帯の光１５が、その部位の樹脂層１３に含まれるフォトクロミック材料を構造変化させる。このような構造変化が生じると、光入射部位ではフォトクロミック材料の構造変化後のものと樹脂層１３に含まれる化合物とが反応し、屈折率がより高い高屈折率部位が形成されることになる。
【００１８】
なお、マスク１４の形成には、周知の各種の方法を用いることができる。例えば、フィルム状のものをあらかじめパターンニングして形成することや、樹脂層１３上にレジストを塗布してこれをパターニングして形成する方法などを採り得る。フィルム上のものをあらかじめパターニングして形成した場合には、そのあとこれを樹脂層１３上に位置させる。
【００１９】
次に、マスク１４を樹脂層１３上から取り去ることにより、図２（ａ）に示すような状態のものを得ることができる。この状態では、樹脂層１３の一部で高屈折率部位１３ａが形成され、これが光導波路となる。すなわち、樹脂層１３の層は光導波路含有層（コア層）であり、光導波路内の光（導波すべき光）は、樹脂層１３の高屈折率部位１３ａ以外の部位との境界付近で全反射し導波される。
【００２０】
次に、図２（ｂ）に示すように、高屈折率部位１３ａを含めた樹脂層１３上に上部クラッド層１６を形成する。クラッド層１６には、その材質として高屈折率部位１３ａより屈折率の低いものを選択し、光導波路となる高屈折率部位１３ａ中の光が漏れないようにする。なお、クラッド層１６の形成には、周知の各種の方法を用いることができる。材質としては、例えばフッ素化アクリルを用いることができる。
【００２１】
以上により、本実施形態に係る光導波路構造体を形成することができる。本実施形態によれば、フォトクロミック材料の構造変化とこの構造変化物と他の化合物との化合反応を利用し、マスク１４を用いて基板１１上の選択的領域に光導波路を容易に形成することが可能である。
【００２２】
図３は、上記実施形態で言及したフォトクロミック材料を、一例として構造式で示すものである。このフォトクロミック材料はスピロピラン化合物の一種であり、同図（ａ）が上記他方の構造の状態に、同図（ｂ）が上記一方の構造の状態に、それぞれ相当する。（ａ）に示す状態から（ｂ）に示す状態への遷移（構造変化）には、波長３６５ｎｍ付近の紫外線を照射すればよい。（ｂ）に示す状態では、分子量が変化せずに元素Ｘ（Ｏ（酸素）またはＳ（硫黄））を含む環構造が消滅する。
【００２３】
図３（ｂ）に示す状態では、ある種の化合物と反応して反応生成物を生じる。図４は、このような化合物の一例を示す構造式である。この化合物は、一種のモノクロロシランであり、アルキル基ＲまたはＲ’には、図４に示すように、▲１▼両者ともメチル基、▲２▼Ｒがメチル基、Ｒ’がｔ−ブチル基、▲３▼Ｒがエチル基、Ｒ’がｔ−ブチル基、▲４▼Ｒがフェニル基、Ｒ’がｔ−ブチル基、などの場合を含む。
【００２４】
図３（ｂ）に示す状態のスピロピラン化合物と図４に示すモノクロロシランとの反応生成物は、図５に示すような構造式の化合物となる。この化合物は、樹脂中に分散された状態で、図３（ａ）に示す状態のスピロピラン化合物が分散されたものより屈折率を高くする。したがって、図３（ａ）に示す状態のスピロピラン化合物と上記モノクロロシランとを上述の実施形態における樹脂層１３（波長３６５ｎｍ付近の紫外線の照射前のもの）に含ませて使用し得るものである。
【００２５】
【実施例】
以下、実施例を述べる。基板１１として単結晶シリコン（シリコンウエハ）を用いた。樹脂層１３を形成する樹脂としては、スピロピラン化合物（図６（ａ）に示す１’，３’−ｄｉｈｙｄｒｏ−１’，３’，３’−ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ−６−ｎｉｔｒｏｓｐｉｒｏ［２Ｈ−１−ｂｅｎｚｏｔｈｉｏｐｙｒａｎ−２，２’−（２Ｈ）−ｉｎｄｏｌｅ］）、クロロトリメチルシランＳｉＣｌ（ＣＨ３）３、ＰＭＭＡ、およびアセトンの配合物を用いた。それらの配合比は、スピロピラン化合物：クロロトリメチルシラン：ＰＭＭＡ：アセトン＝２１ｗｔ％：７ｗｔ％：２０ｗｔ％：５２ｗｔ％である。基板１１上に下部クラッド層１２を形成後この樹脂を適用し、スピンコート（１０００ｒｐｍ、３０秒）により層状（２０μｍ厚）に形成した。さらにベーキング処理（８０℃、３０分）を行ない厚さ１０μｍにフィルム化しアセトンを揮発除去した。
【００２６】
マスク１４を介して、フィルム化された樹脂層１３に照射する特定波長帯の光１５には、紫外線発生器で発生される波長３６５ｎｍ付近の紫外線を用いた。その露光量は、１００００ｍＪ／ｃｍ２である。この紫外線により、上記スピロピラン化合物（１’，３’−ｄｉｈｙｄｒｏ−１’，３’，３’−ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ−６−ｎｉｔｒｏｓｐｉｒｏ［２Ｈ−１−ｂｅｎｚｏｔｈｉｏｐｙｒａｎ−２，２’−（２Ｈ）−ｉｎｄｏｌｅ］）は、図６（ｂ）に示すような状態のものに変化する。さらに、この状態（図６（ｂ））のものが、クロロトリメチルシランと反応するので、樹脂層１３中の一部では図７に示すような化合物が生成する。
【００２７】
クラッド層１２、１６にはフッ素化アクリル（屈折率１．４９（８５０ｎｍ））を用いた。以上のようにして得られた光導波路構造体の高屈折率部位１３ａにおいて、その屈折率を測定したところ１．５５（８５０ｎｍ）であった。この値は、上記紫外線が入射されなかった部位におけるその屈折率１．５１（８５０ｎｍ）より大きい。また、光導波路（高屈折率部位１３ａ）における光伝送損失を測定したところ０．１５ｄＢ／ｃｍ（８５０ｎｍ）と良好な値が得られた。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、光導波路含有層の第１の部位は、フォトクロミック材料から誘導された反応生成物を含んでおり、かつ、フォトクロミック材料を含んでいる第２の部位より屈折率が高い。したがって、第１の部位が光導波路となる。この第１の部位は、例えばフォトクロミック材料を含む部位を、例えば周知のパターニングされたフォトレジストをマスクに用いて選択的に光作用により構造変化させさらに他の化合物と化合反応させて形成することが可能である。すなわち、光作用により光導波路を容易に任意形状に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光導波路構造体を製造するプロセスを順を追って示す斜視図。
【図２】図１の続図であって、本発明の一実施形態に係る光導波路構造体を製造するプロセスを順を追って示す斜視図。
【図３】図１、図２を用いて述べた実施形態で言及したフォトクロミック材料を、一例として構造式で示す図。
【図４】図３に示したフォトクロミック材料の状態によって反応する化合物の一例を構造式で示す図。
【図５】図３に示したフォトクロミック材料と図４に示した化合物との反応生成物を構造式で示す図。
【図６】図３に示したフォトクロミック材料のさらに具体的一例を構造式で示す図。
【図７】図５に示した反応生成物のさらに具体的一例を構造式で示す図。
【符号の説明】
１１…基板、１２…下部クラッド層、１３…樹脂、１３ａ…高屈折率部位、１４…マスク、１５…特定波長帯の光、１６…上部クラッド層
【図１】
2004126461.tif 000003
【図２】
2004126461.tif 000004
【図３】
2004126461.tif 000005
【図４】
2004126461.tif 000006
【図５】
2004126461.tif 000007
【図６】
2004126461.tif 000008
【図７】
2004126461.tif 000009