JP2003147045A - 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】特定のカルボキシル基含有エポキシ化合物
（Ａ）と（Ａ）成分以外のエポキシ基含有化合物及び／
又はオキセタン化合物（Ｂ）と光カチオン重合開始剤
（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
の適用や感光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においては、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なわれ、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、特定のカルボキシル基含有エポキシ化合物
（Ａ）と（Ａ）成分以外のエポキシ基含有化合物（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２個のエポキシ基を有するエポキシ化合物（ａ）
と分子中に１個のカルボキシル基と２個の水酸基を有す
る化合物（ｂ）と多塩基酸無水物（ｃ）の反応物である
カルボキシル基含有エポキシ化合物（Ａ）と（Ａ）成分
以外のエポキシ基含有化合物及び／又はオキセタン化合
物（Ｂ）と光カチオン重合開始剤（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）（１）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２個のエポキシ基を有するエポ
キシ化合物（ａ）と分子中に１個のカルボキシル基と２
個の水酸基を有する化合物（ｂ）と多塩基酸無水物
（ｃ）の反応物であるカルボキシル基含有エポキシ化合
物（Ａ）と（Ａ）成分以外のエポキシ基含有化合物及び
／又はオキセタン化合物（Ｂ）及び光カチオン重合開始
剤（Ｃ）との混合物である。

【０００７】本発明では、カルボキシル基含有エポキシ
化合物（Ａ）を使用する。カルボキシル基含有エポキシ
化合物（Ａ）は、分子中に少なくとも２個のエポキシ基
を有するエポキシ化合物（ａ）と分子中に１個のカルボ
キシル基と２個の水酸基を有する化合物（ｂ）を反応さ
せ、次いで多塩基酸無水物（ｃ）を反応させることによ
り得ることができる。

【０００８】ここで、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化合物（ａ）の具体例としては、
３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポ
キシシクロヘキサンカルボキシレート、３，４−エポキ
シシクロヘキシルエチル−８，４−エポキシシクロヘキ
サンカルボキシレート、２−（３，４−エポキシシクロ
ヘキシル−５，５−スピロ−３，４−エポキシ）シクロ
ヘキサン−ｍ−ジオキサン、ビス（３，４−エポキシシ
クロヘキシル）アジペート、ビス（３，４−エポキシシ
クロヘキシルメチル）アジペート、ビス（３，４−エポ
キシシクロヘキシル）エーテル、ビス（３，４−エポキ
シシクロヘキシル）ジエチルシロキサン、市販品として
は、セロキサイド２０２１（エポキシ当量１２８〜１４
５）、セロキサイド２０８０（エポキシ当量１９０〜２
１０）などのダイセル化学工業（株）製、２官能性脂環
式エポキシ化合物、エポリードＧＴ−３０１（エポキシ
当量２００〜２２０）、エポリードＧＴ−４０１（エポ
キシ当量２１０〜２３５）などのダイセル化学工業
（株）製、３及び４官能性脂環式エポキシ化合物、ＥＨ
ＰＥ（エポキシ当量１７０〜１９０、軟化点７０〜９０
℃）、ＥＨＰＥＬ３１５０ＣＥなどのダイセル化学工業
（株）製、固形の脂環式エポキシ化合物等の脂環式エポ
キシ化合物（ａ−１）、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、ビスフェノールヘキサフ
ルオロアセトンジグリシジルエーテル、テトラブロムビ
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、４，４’−ビス（２，３
−エポキシプロポキシ）オクタフルオロビフェニル、フ
ェノール・ノボラック型エポキシ樹脂、クレゾール・ノ
ボラック型エポキシ樹脂、トリスフェノールメタン型エ
ポキシ樹脂等のグリシジルエーテル化合物（ａ−２）等
を挙げることができる。

【０００９】また、分子中に１個のカルボキシル基と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】更に、多塩基酸無水物（ｃ）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、エポキシ化合物（ａ）中のエポキシ
基１当量に対して、前記、化合物（ｂ）中のカルボキシ
ル基０．０５〜０．７当量を反応させるのが好ましく、
特に好ましくは０．１〜０．５当量を反応させる。
（ａ）成分と（ｂ）成分の反応物中の水酸基１当量に対
して、多塩基酸無水物（ｃ）中の無水物基０．１〜１．
０当量を反応させるのが好ましい。

【００１２】前記、（ａ）成分と（ｂ）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。使用しうる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。特に好ましい触媒としては、トリフェニルホス
フィンを挙げることができる。（ａ）成分と（ｂ）成分
の反応終了後、反応液中のトリフェニルホスフィンを過
酸化物等により酸化し、トリフェニルホスフィンオキサ
イドにすることによりトリフェニルホスフィンの触媒活
性を不活性化することが好ましい。

【００１３】反応に当たり、希釈剤を使用することもで
きる。使用しうる希釈剤の具体例としては、溶剤類を挙
げることができる。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、ブチルセロソルブアセテート等のエ
ステル類等を挙げることができる。反応温度は７０〜１
１０℃が好ましく、特に好ましくは９０〜１００℃であ
る。反応時間は、１５〜３５時間が好ましい。

【００１４】（ａ）成分と（ｂ）成分の反応物中の水酸
基と（ｃ）成分中の無水物基の反応温度は７０〜１１０
℃が好ましく、反応時間は、５〜２０時間が好ましい。

【００１５】得られた生成物であるカルボキシル基含有
エポキシ化合物（Ａ）の酸価（ｍｇＫＯＨ／ｇ）は、１
０〜１００が好ましく、特に好ましくは３０〜８０であ
る。エポキシ当量は２００〜７００が好ましく、特に好
ましくは２５０〜５００である。

【００１６】本発明では、（Ａ）成分以外のエポキシ基
含有化合物及び／又はオキセタン化合物（Ｂ）を使用す
る。（Ｂ）成分の具体例としては、前記、脂環式エポキ
シ化合物（ａ−１）やグリシジルエーテル化合物（ａ−
２）等のエポキシ基含有化合物（Ｂ−１）、３−エチル
−３−ヒドロキシメチルオキセタン、１，４−ビス
〔（３−エチル−３−オキセタニルメトキシ）メチル〕
ベンゼン、

【００１７】

【化１】

【００１８】

【００１９】、シリコン変性オキセタン化合物等のオキ
セタン化合物（Ｂ−２）等を挙げることができる。

【００２０】本発明では、光カチオン重合開始剤（Ｃ）
を使用する。使用しうる光カチオン重合開始剤（Ｃ）の
具体例としては、紫外線によりエポキシ基と反応するも
のであれば何でもよいが、例えば、Ｐ−メトキシベンゼ
ンジアゾニウムヘキサフルオロホスフェート等の芳香族
ジアゾニウム塩、トリフェニルスルホニウムヘキサフル
オロホスフェート等の芳香族スルホニウム塩、ジフェニ
ルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート等の芳香族
ヨードニウム塩、芳香族ヨードシル塩、芳香族スルホキ
ソニウム塩、メタロセン化合物などが挙げられる。

【００２１】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５〜２００重量部が
好ましく、特に好ましくは１０〜１００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、０．０１〜１０重量部が好ましく、特に
好ましくは、０．１〜５重量部である。

【００２２】なお、本発明において、必要な場合は、光
カチオン重合促進剤（例、９，１０−ジメトキシ−２−
エチル−アントラセン、９，１０−ジエトキシアントラ
セン、２−エチルチオキサントン等）、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】例えば、本発明の樹脂組成物の接着性を高
めるために加えるシランカップリング剤の具体例として
は、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミ
ノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチ
ル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β
−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリエトキシ
シラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−β−（アミノエチ
ル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ
−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカ
プトプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシ
プロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピ
ルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（Ｎ−ビニルベンジル
アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラ
ン塩酸塩、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエト
キシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、γ−クロロ
プロピルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザ
ン、γ−アニリノプロピルトリメトキシシラン、ビニル
トリメトキシシラン、オクタデシルジメチル〔３−（ト
リメトキシシリル）プロピル〕アンモニウムクロライ
ド、γ−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、γ−
メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、メチルト
リクロロシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタ
クリロキシプロピルトリス（２−メトキシエトキシ）シ
ラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチル
トリメトキシシランなどが挙げられる。

【００２４】本発明の樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｃ）成
分及び前記のカップリング剤等を混合、溶解し、必要に
より、クリーンルーム内等でロ過をすることにより、目
的物を得ることができる。

【００２５】本発明における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、

【００２６】（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組成物を塗布
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する。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、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る。 （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。クラッドに
紫外線硬化樹脂を用いた場合、最上面表面を平坦化でき
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、これらの実施例に限定されな
い。 （カルボキシル基含有エポキシ化合物（Ａ）の合成例
１）水添ビスフェノールＡジグリシジルエーテル３５３
ｇ、ジメチロールプロピオン酸８０．４ｇ及びトリフェ
ニルホスフィン０．８ｇを仕込み、９５℃で約１０時間
反応し、反応液の酸価（ｍｇＫＯＨ／ｇ）が０．５以下
になったら反応を終了し、次いで８０℃でｔ−ブチルパ
ーオキシ２−エチルヘキシルカーボネート０．８ｇを仕
込み、約３時間反応し、反応液中のトリフェニルホスフ
ィンをトリフェニルホスフィンオキサイドに酸化し、次
いで９０℃で無水コハク酸６０ｇを仕込み、約５時間反
応し、エポキシ当量３５３、酸価（ｍｇＫＯＨ／ｇ）６
８．３の生成物（Ａ−１）を得た。

【００２８】実施例１ 合成例１で得た生成物（Ａ−１）７０ｇ、３，４−エポ
キシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘ
キサンカルボキシレート２０ｇ、ビスフェノールＡジグ
リシジルエーテル１０ｇ及びビス〔４−（ジフェニルス
ルホニウム）フェニル〕スルフィド−ビスヘキサフルオ
ロホスフェート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１．５１９であった。

【００２９】次に、シリコン基板上に、合成例１で得た
生成物（Ａ−１）６０ｇ、エポリードＧＴ−３０１（ダ
イセル化学工業（株）製、エポキシ当量２１０、３官能
性脂環式エポキシ化合物）５ｇ、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３５
ｇ及びビス〔４−（ジフェニルスルホニウム）フェニ
ル〕スルフィド−ビスヘキサフルオロホスフェート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２５００ｍＪ／ｃｍ²照射
して１０μｍの下部クラッド層を作製した。

【００３０】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１．４９１であった。

【００３１】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１．５１５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１．５３０の樹脂組成物（ａ）の硬
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。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、０．３０ｄＢ／ｃｍであっ
た。

【００３２】

【発明の効果】本発明にかかる光導波路の作製は簡易
で、高品質な高分子光導波路の得られる樹脂組成物であ
る。したがって、本発明の光導波路用樹脂組成物は、量
産が必要とする光導波路型部品への適用が有利である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】分子中に少なくとも２個のエポキシ基を有
   するエポキシ化合物（ａ）と分子中に１個のカルボキシ
   ル基と２個の水酸基を有する化合物（ｂ）と多塩基酸無
   水物（ｃ）の反応物であるカルボキシル基含有エポキシ
   化合物（Ａ）と（Ａ）成分以外のエポキシ基含有化合物
   及び／又はオキセタン化合物（Ｂ）と光カチオン重合開
   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】請求項１記載の光導波路用樹脂組成物の硬
   化物