(57)【要約】【課題】  樹脂ベース厚さを極めて薄くすることが可能な樹脂の成型方法、及び導光路の製造方法を提供する。【解決手段】  型に形成されたパターンを樹脂に転写する工程を有する樹脂の成形方法であって、樹脂２として嫌気性樹脂を使用し、型１の凹部に樹脂２を充填して押圧し、酸素を含む雰囲気下で樹脂２を硬化させ、その後、樹脂２の未硬化部分を洗浄して取り除く工程を含むことを特徴とする樹脂の成形方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
型に形成されたパターンを樹脂に転写する工程を含む樹脂の成型方法であって、樹脂として嫌気性樹脂を使用し、型の凹部に前記樹脂を充填して、酸素濃度２０％以上の雰囲気中で前記樹脂を硬化させ、その後、前記樹脂の未硬化部分を洗浄して取り除く工程を含むことを特徴とする樹脂の成型方法。
【請求項２】
前記樹脂の未硬化部分を洗浄して取り除いた後、残った前記樹脂の表面を、酸素濃度５％以下の雰囲気中で硬化させる工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の樹脂の成型方法。
【請求項３】
型の凹部に嫌気性樹脂を充填して、酸素濃度２０％以上の雰囲気中で前記嫌気性樹脂を硬化させ、その後、前記嫌気性樹脂の未硬化部分を洗浄して取り除き、その後、前記嫌気性樹脂の表面に、前記嫌気性樹脂より屈折率の低い別の樹脂を塗布して硬化させ、その後、一体化した前記嫌気性樹脂、前記別の樹脂を、前記凹型から剥離する工程を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項４】
型の凹部に嫌気性樹脂を充填して、酸素濃度２０％以上の雰囲気中中で前記嫌気性樹脂を硬化させ、その後、前記嫌気性樹脂の未硬化部分を洗浄して取り除き、その後、前記嫌気性樹脂の表面に、前記嫌気性樹脂より屈折率の低い別の樹脂を塗布して、前記別の樹脂を補強基板で押圧した状態で硬化させ、その後、一体化した前記嫌気性樹脂、前記別の樹脂、前記補強基板を、前記凹型から剥離する工程を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記嫌気性樹脂の未硬化部分を洗浄して取り除いた後、前記嫌気性樹脂の上に、前記嫌気性樹脂より屈折率の低い別の樹脂を塗布する前に、残った前記嫌気性樹脂の表面を、酸素濃度５％以下の雰囲気中で硬化させる工程を含むことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の光学素子の製造方法。
【請求項６】
請求項３から請求項５のうちいずれか１項に記載の光学素子が導光路であることを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂の成型方法、及び光学素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
型を用いて、型に形成されたパターンを樹脂に転写して凹凸形状を形成する方法では、通常は、型と保持基板の間に樹脂を挟み込み、プレスした上で樹脂を硬化させ、その後、硬化した樹脂を型から剥離する方法が採用されていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このようにして形成された樹脂成型物において、凸部以外の樹脂の厚さ（樹脂ベース厚さ）を薄く、もしくは皆無に作成するニーズが存在する。たとえばナノインプリントを行う場合、成型された樹脂層のベース層の樹脂厚分だけ余計にアッシングをしなければならないし、その値にばらつきがあれば、後工程のエッチング時間が変わってしまうために、最終的に作られる形状にムラができてしまう。そのため、樹脂ベース厚さはなるべく薄く、かつ均一であること、可能ならば皆無に近いことが要求される。また、樹脂を用いた導光路などでも（屈折率の異なる樹脂で閉じこめられた部分に光を全反射で導く方式など）、樹脂ベース層が存在することで、光の閉じこめが不完全になるという問題点がある。
【０００４】
しかしながら、従来の方法では、樹脂ベース厚さを薄くすることが困難であった。成型前の樹脂粘度をかなり下げても樹脂ベース厚さを数μｍ以下にすることが困難であり、たとえできたとしても極限られた部分のみで、広い面積（直径数インチ）を均一に数μｍ以下にすることはできなかった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、樹脂ベース厚さを極めて薄くすることが可能な樹脂の成型方法、及び光学素子の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための第１の手段は、型に形成されたパターンを樹脂に転写する工程を含む樹脂の成型方法であって、樹脂として嫌気性樹脂を使用し、型の凹部に前記樹脂を充填して、酸素濃度２０％以上の雰囲気中で前記樹脂を硬化させ、その後、前記樹脂の未硬化部分を洗浄して取り除く工程を含むことを特徴とする樹脂の成型方法である。
【０００７】
本手段においては、嫌気性樹脂のうち凹型の凹部に入り込んだ部分は酸素と接触しないので硬化するが、凹部以外の表面に残った嫌気性樹脂は、酸素の影響を受けて硬化しない。よって、未硬化部分を洗浄して取り除くことにより、樹脂ベース厚を極めて薄くするか無くすることができる。
【０００８】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記樹脂の未硬化部分を洗浄して取り除いた後、残った前記樹脂の表面を、酸素濃度５％以下の雰囲気中で硬化させる工程を含むことを特徴とするものである。
【０００９】
本手段においては、未硬化部分と硬化部分の間に半硬化部分があった場合でも、半硬化部分を硬化させて安定化させることができる。なお、酸素濃度は１％以下とすることがより好ましい。
【００１０】
前記課題を解決するための第３の手段は、型の凹部に嫌気性樹脂を充填して、酸素を含む雰囲気中で前記嫌気性樹脂を硬化させ、その後、前記嫌気性樹脂の未硬化部分を洗浄して取り除き、その後、前記嫌気性樹脂の表面に、前記嫌気性樹脂より屈折率の低い別の樹脂を塗布して硬化させ、その後、一体化した前記嫌気性樹脂、前記別の樹脂を、前記凹型から剥離する工程を含むことを特徴とする光学素子の製造方法である。
【００１１】
本手段においては、嫌気性樹脂の樹脂ベース厚を極めて薄くするか無くすることができるので、完成した光学素子において、樹脂ベース厚の部分から光が漏れ出すことが少なくなり、光の閉じ込め性が良好となる。
【００１２】
前記課題を解決するための第４の手段は、型の凹部に嫌気性樹脂を充填して、酸素濃度２０％以上の雰囲気中中で前記嫌気性樹脂を硬化させ、その後、前記嫌気性樹脂の未硬化部分を洗浄して取り除き、その後、前記嫌気性樹脂の表面に、前記嫌気性樹脂より屈折率の低い別の樹脂を塗布して、前記別の樹脂を補強基板で押圧した状態で硬化させ、その後、一体化した前記嫌気性樹脂、前記別の樹脂、前記補強基板を、前記凹型から剥離する工程を含むことを特徴とする光学素子の製造方法である。
【００１３】
本手段においても、嫌気性樹脂の樹脂ベース厚を極めて薄くするか無くすることができるので、完成した光学素子において、樹脂ベース厚の部分から光が漏れ出すことが少なくなり、光の閉じ込め性が良好となる。
【００１４】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第３の手段又は第４の手段であって、前記嫌気性樹脂の未硬化部分を洗浄して取り除いた後、前記嫌気性樹脂の上に、前記嫌気性樹脂より屈折率の低い別の樹脂を塗布する前に、残った前記嫌気性樹脂の表面を、酸素濃度５％以下の雰囲気中で硬化させる工程を含むことを特徴とするものである。
【００１５】
本手段においては、未硬化部分と硬化部分の間に半硬化部分があった場合でも、半硬化部分を硬化させて安定化させることができる。なお、酸素濃度は１％以下とすることがより好ましい。  前記課題を解決するための第６の手段は、前記第３の手段から第５の手段のいずれかの光学素子が導光路であることを特徴とする光学素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、樹脂ベース厚さを極めて薄くすることが可能な樹脂の成型方法、及び光学素子の製造方法を提供することができる。
【実施例】
【００１７】
（実施例１）
以下、本発明の第１の実施例を図１を用いて説明する。図１に示すように、石英基板をエッチングして、導波路（導光路）に用いる凹型溝を数本、長さ30mm、断面形状が80μｍ角となるように作成した。この表面に離型しやすいようにフッ素系離型剤を塗布し、型１を作成した（ａ）。
【００１８】
この型１の表面に、紫外線硬化型樹脂２（嫌気性樹脂）をスピンコーターで塗布した。スピンコーターの条件は、あからじめ型の凹部に樹脂が満ち、かつ凹部以外のベース層に相当する部分の厚さが20μｍ程度になるように設定した。スピンコートした直後は、型の凹凸形状に起因するミクロな樹脂ムラが発生しているため、スピンコート停止後所定時間放置した。樹脂粘度にもよるが、数分置くことで凹凸に関係なく樹脂面はほぼ均一化される（ｂ）。
【００１９】
次に、大気中、もしくは故意に酸素濃度の高い雰囲気中でこれに紫外線を照射する（ｃ）。紫外線硬化型樹脂２は嫌気性を持っており、酸素に触れている部分の樹脂は硬化が阻害される。これにより紫外線硬化型樹脂２のうち、溝に囲まれた部分は硬化し、空気（酸素）に触れた部分は硬化しない。この条件では未硬化層はおよそ20μｍになった。
【００２０】
樹脂固有の硬化特性、硬化時の酸素濃度、及び紫外線量によって、未硬化層の厚さが変わってくる。今回はスピンコート条件を調整してベース層厚さが20μｍになるように樹脂を塗布したが、あらかじめ使用する樹脂の未硬化層厚さを実験で確認しておけば異なる樹脂でも硬化後にベース層がほぼすべて未硬化になるように設定することができる。
【００２１】
その後、未硬化樹脂を溶剤を用いて洗浄し除去した（ｄ）。その後、窒素雰囲気中で、残った紫外線硬化型樹脂２の表面に紫外線を照射して界面の半硬化部分を固化させた（ｅ）。樹脂によっては、洗浄後の表面が粗れて平滑にならない場合もある。このようなときは、同一屈折率のポリマーを非常に薄く塗布した後、酸素の少ない雰囲気下で硬化することにより、平滑化が可能である。
【００２２】
次に、その表面に紫外線硬化型樹脂３を塗布し、その上から紫外線が透過する補強基板４を載せて密着させた。補強基板４はこの後型から離型するときの補強の意味と、素子自体が薄いため、曲げ、温度変化等への耐性向上の二つの作用を有する。用途によっては使用しなくてもよい。そして、補強基板４を通して紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂３を硬化させた（ｆ）。これにより、紫外線硬化型樹脂２、紫外線硬化型樹脂３、補強基板４は密着して一体化する。なお、導波路として使用するために、紫外線硬化型樹脂２の屈折率ｎ１は、紫外線硬化型樹脂３の屈折率ｎ２より十分大きくされている。
【００２３】
その後、型１を剥離すると、紫外線硬化型樹脂２で形成された長さ30mm、断面形状が約80μｍ角の四角柱が数本独立して紫外線硬化型樹脂３の上に形成されたものができた（ｇ）。
【００２４】
樹脂層界面での光の全反射臨界角θは
sinθ＝ｎ２／ｎ１
となり、この四角柱断面に光ファイバーを用いて臨界角以下で光を導入することによって、導波路として機能する。逆に言えば、紫外線硬化型樹脂２と紫外線硬化型樹脂３は、必要な臨界角θを基に選出できる。
【００２５】
また、使用上導波路の凸部が外部に剥き出しになっているとパターンの破壊につながる。この場合、完成した導波路のパターン面を別の樹脂で覆う事ができる。ただし、この樹脂の屈折率ｎ３はｎ１より必要な臨界角に相当する分だけ十分小さい必要がある。この樹脂が、紫外線硬化型樹脂３と同一であれば一体となった樹脂として、紫外線硬化型樹脂２の導波路を、光ファイバのクラッドのように完全にくるむことになる。
【００２６】
さらに、この実施例ではパターンのもととなる型を、石英基板をエッチングして作成し、形状を四角柱状にしたが、この方法は、型の材質と加工方法による影響を受けないので、その他の切削や電鋳などの方法で型を製作してもよく、型の材質は、金属や半導体、樹脂等のであっても何ら問題ない。また、導波路形状も、その断面は四角柱に限らず多角形から曲面まで可能である。導波路パターンも直線に限らず、同一面内であれば曲線、直角、分岐などが可能である。さらに導波路高さも、型の凹部深さが可変であることから、多段構造、傾斜構造などが可能となる。故に導波路に限らず、面の垂直方向に光を通すような各種光学素子などにも応用できる方法となっている。
（実施例２）
以下、本発明の第２の実施例を、図２を用いて説明する。石英基板をエッチングして、導波路に用いる連続した凸部を数本、長さ30mm、断面形状が80μｍ角となるように形成した。この表面に離型しやすいようにフッ素系離型剤を塗布し、型を作成した（不図示）。
【００２７】
この型から樹脂を用いて反転形状である凹パターンの樹脂製凹板５を転写により形成した。樹脂転写なので量産が可能である。樹脂成型は射出成型でもかまわないが、ここでは紫外線硬化型樹脂を使用し、補強ガラスに密着させた（ａ）。
【００２８】
続いて、樹脂製凹板５の表面に、紫外線硬化型樹脂２をスピンコーターで塗布した。スピンコーターの条件は、あからじめ凹部に樹脂が満ち、かつ凹部以外のベース層に相当する部分の厚さが20μｍ程度になるように設定した。スピンコートした直後は、凹凸形状に起因するミクロな樹脂ムラが発生しているため、スピンコート停止後所定時間放置した。樹脂粘度にもよるが、数分置くことで凹凸に関係なく樹脂面はほぼ均一化される（ｂ）。
【００２９】
続いて、大気中、もしくは故意に酸素濃度の高い雰囲気中でこれに紫外線を照射した（ｃ）。紫外線硬化型樹脂２は嫌気性を持っており、酸素に触れている部分の樹脂は硬化が阻害される。これにより紫外線硬化型樹脂２は樹脂製凹板５の凹部に囲まれた部分は硬化し、空気（酸素）に触れた部分は硬化しない。この条件では未硬化層はおよそ20μｍになった。
【００３０】
樹脂固有の硬化特性、硬化時の酸素濃度、及び紫外線量によって、未硬化層の厚さが変わってくる。今回はスピンコート条件を調整してベース層厚さが20μｍになるように樹脂を塗布したが、あらかじめ使用する樹脂の未硬化層厚さを実験で確認しておけば異なる樹脂でも硬化後にベース層がほぼすべて未硬化になるように設定することができる。
【００３１】
その後、未硬化樹脂を溶剤を用いて洗浄して未硬化部分を除去した（ｄ）。そして、酸素濃度の低い窒素雰囲気中で紫外線を照射して界面を硬化させた（ｅ）。
【００３２】
そして、その表面に紫外線硬化型樹脂３をスピンコートにより塗布し、表面が平坦になった後に、紫外線を照射して硬化させた（ｆ）。このようにして、紫外線硬化型樹脂３と樹脂製凹板５で囲まれた、紫外線硬化型樹脂２からなる長さ30mm、断面形状が約80μｍ角の四角柱が、数本独立して形成された。紫外線硬化型樹脂３の屈折率と、樹脂製凹板５を構成する樹脂の屈折率は紫外線硬化型樹脂２の屈折率より十分小さいので、界面で全反射が起こり、紫外線硬化型樹脂２は、導波路としての役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施例を説明するための図である。
【図２】本発明の第２の実施例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…型、２…紫外線硬化型樹脂、３…紫外線硬化型樹脂、４…補強基板、５…樹脂製凹板、
【図１】
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【図２】
2007152724.tif 000004