JP2003149475A - 光導波路用樹脂組成物及びその硬化物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】導波路形成工程が容易で、多層の光配線が可能
な光導波路用樹脂組成物及びその硬化物を提供する。 【解決手段】分子中に少なくとも１個のエチレン性不飽
和基と少なくとも１個のカルボキシル基を有するエチレ
ン性不飽和基含有カルボン酸樹脂（Ａ）と希釈剤（Ｂ）
と光重合開始剤（Ｃ）を含有することを特徴とする光導
波路用樹脂組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般光学や微小光
学分野で、さらに光通信や光情報処理の分野で用いられ
る種々の光集積回路または光配線板等に利用できる光導
波路用樹脂組成物及びその硬化物に関する。

【０００２】

【従来の技術】光情報処理、光通信分野で用いる光導波
路は、集積化、微小化、高機能化、低価格化をめざし
て、近年検討が盛んになってきている。実際に、石英系
光導波路が光通信分野の一部では実用化されるに至って
いる。また、安価な材料を用いて、簡便な作製法が選択
できる高分子導波路の検討も盛んである。例えば、リソ
グラフィーやエッチングなど半導体加工に用いる方法の
適用や感高性高分子あるいはレジストを用いる方法を挙
げることができる。特に感光性高分子を用いてコアを形
成して導波路を形成する方法は、パターンフィルムを通
して紫外線を照射し、未露光部を溶剤類で除去して形成
する方法等が行われ、その作製方法が簡便で低価格化に
は適しているが、パターン化するのに溶剤を使用する必
要があり安全及び環境の問題があり、又感光性高分子の
透明性が不十分で吸収損失が高かったり、作製されるコ
ア形状の均一性、再現性に問題があって、散乱損失が高
くなることがあり、その導波路特性が石英系光導波路と
同程度の性能を有する光導波路は作製されていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した課題を解決し、希アルカリ水溶液でパターン化する
ことが可能で、加工性に優れる低価格と高性能化を同時
に満足する光導波路用樹脂組成物及びその硬化物を提供
することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、鋭意検討
の結果、エチレン性不飽和基含有カルボン酸樹脂（Ａ）
と希釈剤（Ｂ）を主成分とする光導波路用樹脂組成物
は、組成を変えることにより屈折率をある程度自由に制
御できること、未露光部を希アルカリ水溶液により除去
することによりパターン化できること、光導波路のコア
部やクラッド層に適用したとき光透過性に優れ、且つ平
坦性に極めて優れていることを見出し、本発明を完成す
るに至った。

【０００５】すなわち、本発明は、（１）、分子中に少
なくとも１個のエチレン性不飽和基と少なくとも１個の
カルボキシル基を有するエチレン性不飽和基含有カルボ
ン酸樹脂（Ａ）と希釈剤（Ｂ）と光重合開始剤（Ｃ）を
含有することを特徴とする光導波路用樹脂組成物、
（２）、エチレン性不飽和基含有カルボン酸樹脂（Ａ）
は、分子中に少なくとも２個のエポキシ基を有するエポ
キシ樹脂（ａ）と（メタ）アクリル酸（ｂ）と任意成分
として、分子中に１個のカルボン酸と２個の水酸基を有
する化合物（ｃ）の反応物（Ｉ）と多塩基酸無水物
（ｄ）の反応物である（１）記載の光導波路用樹脂組成
物、（３）、（１）または（２）記載の光導波路用樹脂
組成物の硬化物、に関する。

【０００６】

【本発明の実施の形態】本発明の光導波路用樹脂組成物
は、分子中に少なくとも１個のエチレン性不飽和基と少
なくとも１個のカルボキシル基を有するエチレン性不飽
和基含有カルボン酸樹脂（Ａ）と希釈剤（Ｂ）と光重合
開始剤（Ｃ）との混合物である。

【０００７】本発明では、エチレン性不飽和基含有カル
ボン酸樹脂（Ａ）を使用する。エチレン性不飽和基含有
カルボン酸樹脂（Ａ）は、分子中に少なくとも１個のエ
チレン性不飽和基と少なくとも１個のカルボキシル基を
有する樹脂であれば、好ましく使用できる。より好まし
いものとしては、分子中に少なくとも２個のエポキシ基
を有するエポキシ樹脂（ａ）と（メタ）アクリル酸
（ｂ）と任意成分として、分子中に１個のカルボン酸と
２個の水酸基を有する化合物（ｃ）の反応物（Ｉ）と多
塩基酸無水物（ｄ）の反応物である樹脂を挙げることが
できる。

【０００８】分子中に少なくとも２個のエポキシ基を有
するエポキシ樹脂（ａ）の具体例としては、ビスフェノ
ールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹
脂、水添ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、１，
３−ビス（１−（２，３−エポキシプロポキシ）−１−
トリフルオロメチル−２，２，２−トリフルオロエチ
ル）ベンゼン、１，４−ビス（１−（２，３−エポキシ
プロポキシ）−１−トリフルオロメチル−２，２，２−
トリフルオロエチル）シクロヘキシル、フェノールある
いはクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル
型エポキシ樹脂、例えば「ＹＸ４０００」（油化シェル
エポキシ社製）、特殊グリシジルエーテル系エポキシ樹
脂、例えば、東都化成社製、ＹＤＣ１３１２、新日鉄化
学社製、ＥＳＬＶ−８０ＸＹ、ＥＳＬＶ−９０ＤＲ、日
本化薬社製、ＮＣ−３０００Ｐ、ＥＰＰＮ−５０２Ｈ、
等のグリシジルエーテル系エポキシ樹脂、ナフタレン型
エポキシ樹脂、例えば「エピクロンＨＰ−４０３２」
（大日本インキ化学工業社製）、ジシクロ型エポキシ樹
脂、例えば「エピクロンＨＰ７２００Ｈ」（大日本イン
キ化学工業社製）、「ＸＤ−１０００」（日本化薬社
製）、脂環式エポキシ樹脂等を挙げることができる。
（メタ）アクリル酸（ｂ）は、アクリル酸、メタクリル
酸等を挙げることができる。

【０００９】分子中に１個のカルボン酸と２個の水酸基
を有する化合物（ｂ）の具体例としては、ジメチロール
プロピオン酸、ジメチロール酢酸、ジメチロール酪酸、
ジメチロール吉草酸、ジメチロールカプロン酸等を挙げ
ることができる。

【００１０】多塩基酸無水物（ｄ）の具体例としては、
無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸、テトラ
ヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチ
ルヘキサヒドロ無水フタル酸、トリメリット酸等を挙げ
ることができる。

【００１１】前記、エポキシ樹脂（ａ）中のエポキシ基
１当量に対して、前記、（メタ）アクリル酸（ｂ）と任
意成分としての化合物（ｃ）の総量中のカルボキシル基
０．５〜１．１当量を反応させるのが好ましく、特に好
ましくは、０．８５〜１．０当量を反応させる。（ｂ）
成分と（ｃ）成分の使用割合は、（ｂ）成分＋（ｃ）成
分の総量１．０当量とした場合、（ｂ）成分は、０．１
０〜１．００当量が好ましく、特に好ましくは０．５０
〜１．００当量であり、（ｃ）成分は、０〜０．９０当
量が好ましく、特に好ましくは、０〜０．５０当量であ
る。前記、（ｄ）成分は、（ａ）成分と（ｂ）成分と
（ｃ）成分の反応物（Ｉ）中の水酸基１当量に対して、
（ｄ）成分中の無水物基０．１〜１．０当量を反応させ
るのが好ましく、特に好ましくは０．３〜 ０．９当量
である。

【００１２】前記、（ａ）成分、（ｂ）成分及び（ｃ）
成分を反応させる場合、反応を促進するために、触媒を
使用するのが好ましい。触媒の具体例としては、ベンジ
ルジメチルアミン、メチルトリエチルアンモニウムクロ
ライド、トリフェニルスチビン、トリフェニルホスフィ
ン等である。

【００１３】反応物（Ｉ）の希釈剤を使用することもで
きる。希釈剤の具体例としては、反応性単量体や溶剤類
を挙げることができる。反応性単量体の具体例として
は、ラウリル（メタ）アクリレート、ドデシル（メタ）
アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレー
ト、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、イ
ソボルニル（メタ）アクリレート、アダマンチル（メ
タ）アクリレート、０−フェニルフェニルオキシエチル
（メタ）アクリレート、トリブロモフェニル（メタ）ア
クリレート、メトキシフェニル（メタ）アクリレート、
シアノフェニル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシ
エチル（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール
モノ（メタ）アクリレート、グリシジル（メタ）アクリ
レート、カルビトール（メタ）アクリレート、アクリロ
イルモルホリン等の単官能性反応性単量体、ジエチレン
グリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリ
コールジ（メタ）アクリレート、テトラエチレングリコ
ールジ（メタ）アクリレート、ジプロピレングリコール
ジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ
（メタ）アクリレート、１，４−ブタングリコールジ
（メタ）アクリレート、１，５−ペンタンジオールジ
（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ
（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メ
タ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールポリエト
キシジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコール
ポリプロポキシジ（メタ）アクリレート、トリメチロー
ルプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリ
トールトリ（又はテトラ）（メタ）アクリレート、ネオ
ペンチルグリコールのε−カプロラクトン付加物のジ
（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパンのε−
カプロラクトン付加物のトリ（メタ）アクリレート、ペ
ンタエリスリトールのε−カプロラクトン付加物のトリ
又はテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリト
ールペンタ又はヘキサ（メタ）アクリレート、ジペンタ
エリスリトールのε−カプロラクトン付加物のポリ（メ
タ）アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ
（メタ）アクリレート、テトラブロモビスフェノールＡ
ポリエトキシジ（メタ）アクリレート、ビスフェノール
Ａポリエトキシジ（メタ）アクリレート、ビスフェノー
ルヘキサフルプロピルポリエトキシジ（メタ）アクリレ
ート、水添ビスフェノールヘキサフルオロプロピルポリ
エトキシジ（メタ）アクリレート等の多官能性反応性単
量体等を挙げることができる。

【００１４】溶剤類の具体例としては、エチルメチルケ
トン、シクロヘキサノン等のケトン類、トルエン、キシ
レン等の芳香族炭化水素、テトラヒドロフラン等のエー
テル類、γ−ブチロラクトン、ε−カプロラクトン等の
ラクトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル、カルビトールア
セテート等のエステル類等を挙げることができる。

【００１５】反応温度は、７０〜１１０℃が好ましく、
特に好ましくは９０〜１００℃である。反応時間は、１
５〜４０時間が好ましい。

【００１６】（ａ）成分、（ｂ）成分及び（ｃ）成分の
反応物（Ｉ）中の水酸基と（ｄ）成分中の無水物基を反
応温度は７０〜１１０℃が好ましく、反応時間は、５〜
２０時間が好ましい。

【００１７】得られた生成物であるエチレン性不飽和基
含有カルボン酸樹脂（Ａ）の酸価（ｍｇＫＯＨ／ｇ）
は、３０〜１１０が好ましく、特に好ましくは４０〜９
０である。

【００１８】本発明では、希釈剤（Ｂ）を使用する。希
釈剤（Ｂ）の具体例としては、前記、反応性単量体（Ｂ
−１）や、前記、溶剤類（Ｂ−２）等を挙げることがで
きる。

【００１９】本発明では、光重合開始剤（Ｃ）を使用す
る。光重合開始剤（Ｃ）の具体例としては、２，２−ジ
エトキシアセトフェノン、２，２−ジエトキシ−２−フ
ェニルアセトフェノン、ベンゾフェノン、１−（４−イ
ソプロピルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプ
ロパン−１−オン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−
フェニルプロパン−１−オン、ベンゾインエチルエーテ
ル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインイソプ
ロピルエーテル、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニ
ルケトン、メチルベンゾイソホメート、２，４，６−ト
リメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド等
が挙げられる。

【００２０】本発明の光導波路用樹脂組成物中、前記
（Ａ）〜（Ｃ）成分の使用割合としては、（Ａ）成分１
００重量部に対して、（Ｂ）成分は、１０〜５００重量
部が好ましく、特に好ましくは２０〜２００重量部であ
り、（Ａ）＋（Ｂ）成分の総量１００重量部に対して、
（Ｃ）成分は０．０５〜１０重量部が好ましく、特に好
ましくは、０．１〜６重量部である。

【００２１】なお、本発明において、前記、（Ａ）及び
（Ｂ）成分以外のエチレン性不飽和基含有化合物（Ｅ）
を使用することができる。エチレン性不飽和基含有化合
物（Ｅ）の具体例としては、（メタ）アクリレートオリ
ゴマー類、マレイミド化合物類、ビニルエーテル化合物
類、Ｎ−ビニル化合物類等を挙げることができる。

【００２２】なお、本発明において、必要な場合は、各
種エポキシ樹脂、エポキシ硬化剤、光カチオン重合開始
剤、シランカップリング剤、チタン系カップリング剤、
可とう性付与剤、特性改質剤等を加えることができる。
これらの材料を単独あるいは混合して主成分に加えるこ
とにより樹脂組成物の特性を改質することができる。

【００２３】本発明の樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｃ）成
分及び前記の（Ｅ）成分、各種エポキシ樹脂、シランカ
ップリング剤等を混合、溶解し、クリーンルーム内での
ロ過をすることにより得ることができる。

【００２４】本発明の光導波路の作製方法としてはクラ
ッドは通常の高分子樹脂を用いる場合とコア材と同様の
紫外線硬化樹脂を用いる場合では若干異なるが、その一
例として、

【００２５】（１）任意の基板に下層クラッドとなるコ
アよりも屈折率の小さな樹脂を塗布する。塗布後、加熱
乾燥などにより溶媒を除去する。ここに紫外線硬化樹脂
を用いるときは紫外線を照射することにより硬化する。 （２）この上にコアとなる本発明の樹脂を塗布し、次
に、導波路パターンを有するネガマスクを介して紫外線
を照射し硬化した。その後、この試料を希アルカリ水溶
液、例えば３％ジエタノールアミン水溶液で現像したと
ころ、マスクパターンに従い、光照射部のみ硬化し、導
波路パターンが作製できた。

【００２６】（３）、その後、この上にクラッド用の高
分子樹脂又は紫外線硬化樹脂を塗布し、溶媒除去又は紫
外線により硬化する。ここで下層クラッド、並びに最後
に形成するコア側面部及び上部のクラッドは同じ屈折率
であることが望ましく、同一の材料である方が好適であ
る。更に、クラッドに紫外線硬化樹脂を用いた場合、最
上面表面が平坦化できる。この場合、多層の光配線が可
能になり、多層化を行う場合は（２）、（３）を繰り返
せばよい。

【００２７】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに具体的に
説明するが本発明は、これら実施例に限定されない。 （エチレン性不飽和基含有カルボン酸樹脂（Ａ）の合成
例） 合成例１ 水添ビスフェノールＡジグリシジルエーテル３５２ｇ、
アクリル酸１４１．２ｇ、Ｐ−メトキシフェノール０．
２ｇ及びトリフェニルホスフィン１．５ｇを仕込み、９
５℃で約３２時間反応し、反応後の酸価（ｍｇＫＯＨ／
ｇ）が０．５以下になったら反応を終了し、次いで無水
コハク酸７０ｇを仕込み、９０℃で約１０時間反応し、
酸価（ｍｇＫＯＨ／ｇ）７０の生成物（Ａ−１）を得
た。

【００２８】合成例２ フェノール・ノボラック型エポキシ樹脂（日本化薬
（株）製、ＬＲＥ−３０５、エポキシ当量１７５）１７
５ｇ、ポリエチレングリコールジアクリレート（日本化
薬（株）製、ＫＡＹＡＲＡＤ ＰＥＧ４００ＤＡ）３１
７．７ｇ、アクリル酸５０．４ｇ、ジメチロープロピオ
ン酸４０．２ｇ及びＰ−メトキシフェノール０．５ｇを
仕込み、８０℃で溶解混合し、次いでトリフェニルホス
フィン１．６ｇを仕込み、９５℃で約３２時間反応し、
反応液の酸価（ｍｇＫＯＨ／ｇ）１．０以下になった
後、反応を終了し、次いで無水コハク酸５０ｇを仕込
み、９０℃で約１０時間反応し、反応液中の無水物基が
無くなった後、反応を終了し、希釈剤であるポリエチレ
ングリコールジアクリレート５０重量％含有、希釈剤を
除く、酸価（ｍｇＫＯＨ／ｇ）８８である生成物（Ａ−
２）を得た。

【００２９】（実施例１）合成例２で得た生成物（Ａ−
２）７０ｇ、５−エチル−２−（２−ヒドロキシ−１，
１−ジメチルエチル）−５−（ヒドロキシメチル）−
１，３−ジオキサンのジアクリレート（日本化薬（株）
製、ＫＡＹＡＲＡＤ Ｒ−６０４）３０ｇ及び１−ヒド
ロキシシクロヘキシルフェニルケトン（光重合開始剤）
３ｇから調製した樹脂組成物（ａ）を準備した。この樹
脂組成物（ａ）の硬化後の屈折率は、波長５８９ｎｍで
１．５２３であった。

【００３０】次に、シリコン基板上に、合成例１で得た
生成物（Ａ−１）６０ｇ、５−エチル−２−（２−ヒド
ロキシ−１，１−ジメチルエチル）−５−（ヒドロキシ
メチル）−１，３−ジオキサンのジアクリレート（日本
化薬（株）、ＫＡＹＡＲＡＤＲ−６０４）４０ｇ及び１
−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン３ｇから調
製した樹脂組成物（ｂ）をスピンコートにより塗布し
て、その全面に紫外線を照射して１０μｍの下部クラッ
ド層を作製した。

【００３１】次に、この下部クラッド層の上に、前記、
樹脂組成物（ａ）をスピンコートにより５μｍの厚さに
塗布した。なお、下部クラッド層の硬化後の屈折率は波
長５８９ｎｍで１．５０３であった。

【００３２】次に、導波路パターンを有するネガマスク
を介して紫外線を照射し、その後、この試料を３％ジエ
タノールアミン水溶液で現像し、導波路パターンを作製
した。その後、この導波路パターンおよび下部クラッド
層の上に、前記、樹脂組成物（ｂ）を１５μｍの厚さに
塗布し、紫外線を照射して硬化させ、光導波路を作製し
た。この操作により硬化後の屈折率１．５０３の樹脂組
成物（ｂ）の硬化物からなる下部クラッド層と上部クラ
ッド層および屈折率１．５２３の樹脂組成物（ａ）硬化
物からなるコアを有するマルチモードチャンネル導波路
が作製できた。

【００３３】得られた光導波路を５ｃｍの長さに切り出
し、波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザー光を用いて光
導波損失を調べた結果０．２５ｄＢ／ｃｍであった。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】分子中に少なくとも１個のエチレン性不飽
   和基と少なくとも１個のカルボキシル基を有するエチレ
   ン性不飽和基含有カルボン酸樹脂（Ａ）と希釈剤（Ｂ）
   と光重合開始剤（Ｃ）を含有することを特徴とする光導
   波路用樹脂組成物。
2. 【請求項２】エチレン性不飽和基含有カルボン酸樹脂
   （Ａ）が、分子中に少なくとも２個のエポキシ基を有す
   るエポキシ樹脂（ａ）と（メタ）アクリル酸（ｂ）と任
   意成分として、分子中に１個のカルボン酸と２個の水酸
   基を有する化合物（ｃ）の反応物（Ｉ）と多塩基酸無水
   物（ｄ）の反応物である請求項１記載の光導波路用樹脂
   組成物。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の光導波路用樹脂組
   成物の硬化物。