JP2001264566A

JP2001264566A - 光導波路の製造方法

Info

Publication number: JP2001264566A
Application number: JP2000081161A
Authority: JP
Inventors: Minoru Sanuki; 稔佐貫; Toru Kineri; 透木練; Yoshikazu Narumiya; 義和成宮; Masatoshi Nakayama; 正俊中山
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2001-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】寸法精度が良好で、しかも安価な光導波路を
提供する。【解決手段】光導波路のコアの母型パターンを表面に
有する成形用型を用いてガラス素材をプレス成形するこ
とにより前記コアを形成する工程を有する。第１の態様
では、前記成形用型がガラス母材および離型層を有し、
前記離型層がダイヤモンド・ライク・カーボンから構成
され、前記母型パターン形成面が前記離型層で構成され
ている。第２の態様では、前記成形用型がガラス母材お
よび緩衝層を有し、前記緩衝層が無機材料から構成さ
れ、前記母型パターンの少なくとも側壁面が前記緩衝層
で構成され、前記母型パターンの少なくとも一部に、幅
および深さがいずれも３〜１５μmの範囲内である領域
が存在し、少なくともこの領域において、前記母型パタ
ーンの幅方向における前記緩衝層の厚さが１０μm超１
００μm以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信分野におい
て分波器、合波器、光スイッチング素子等の光受動部品
などに用いられ、また、光集積回路にも適用可能な光導
波路を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信の実用化に伴ない、光導波路が注
目されている。光導波路は、高屈折率材からなるコアの
周囲を低屈折率材からなるクラッドで被覆したものであ
る。

【０００３】光導波路の製造方法としては、例えばスパ
ッタ法、ＣＶＤ法、真空蒸着法等の薄膜形成方法と、フ
ォトリソグラフィー等の微細加工技術とを併用する方法
がよく知られており、これらの方法では、境界が明瞭な
矩形断面をもつコアを形成できる。しかし、これらの方
法では、薄膜の形成とそのエッチングとを繰り返す必要
があるので、工程数が多くなってコスト高を招く。

【０００４】このような事情から、特許第２８１８１３
２号公報では、クラッドを構成する２枚のガラス板間
に、断面が矩形のコアを挟み込んだ構造の光導波路を、
プレス成形により製造する方法を提案している。この方
法では、まず、第１のガラス素材を金型によりプレス成
形して、コアとなる凸条を一方の面に形成する。次に、
第１のガラス素材の前記凸条形成面を第２のガラス素材
に押し当ててプレス成形し、両者を接合する。次いで、
前記凸条を残して第１のガラス素材を研削により除去し
た後、研削面に第３のガラス素材を接合して、光導波路
を得る。第２のガラス素材および第３のガラス素材は、
クラッドとなる。

【０００５】同公報に記載された方法では、薄膜の形成
およびそのエッチングが不要であるため、製造コストを
低減することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記特許第２８１８１
３２号公報では、第１のガラス素材のプレス成形に、セ
ラミックスや超硬合金などから構成された金型を用いて
いる。しかし、本発明の発明者らの検討によれば、セラ
ミックスや超硬合金に、光導波路のコアパターンを精度
よく形成することは極めて困難である。例えば幅および
深さが数十マイクロメートル程度の比較的大きな溝は、
金型をバイトで切削することにより形成できるが、シン
グルモードの光導波路で要求されるコアパターン（幅お
よび深さは一般に１０μm前後）を、バイト切削により
精度よく形成することは難しい。また、電鋳を利用すれ
ば、上記コアパターンのような微細なパターンを精度よ
く形成できるが、電鋳によるパターン形成が可能であっ
て、かつ、ガラス成形時の高温に耐えられる金型材料は
ほとんどない。

【０００７】本発明はこのような事情からなされたもの
であり、寸法精度が良好で、しかも安価な光導波路を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、下記（１）
〜（６）の本発明により達成される。（１）光導波路のコアの母型パターンを表面に有する
成形用型を用いてガラス素材をプレス成形することによ
り前記コアを形成する工程を有し、前記成形用型がガラ
ス母材および離型層を有し、前記離型層がダイヤモンド
・ライク・カーボンから構成され、前記母型パターン形
成面が前記離型層で構成されている光導波路の製造方
法。（２）前記母型パターンの少なくとも一部に、幅およ
び深さがいずれも３〜１５μmの範囲内である領域が存
在する上記（１）の光導波路の製造方法。（３）光導波路のコアの母型パターンを表面に有する
成形用型を用いてガラス素材をプレス成形することによ
り前記コアを形成する工程を有し、前記成形用型がガラ
ス母材および緩衝層を有し、前記緩衝層が無機材料から
構成され、前記母型パターンの少なくとも側壁面が前記
緩衝層で構成され、前記母型パターンの少なくとも一部
に、幅および深さがいずれも３〜１５μmの範囲内であ
る領域が存在し、少なくともこの領域において、前記母
型パターンの幅方向における前記緩衝層の厚さが１０μ
m超１００μm以下である光導波路の製造方法。（４）前記母型パターンを前記ガラス母材および／ま
たは前記緩衝層の加工により形成する上記（３）の光導
波路の製造方法。（５）前記成形用型は、被成形物に対する離型性が前
記緩衝層よりも良好である離型層を、少なくとも前記緩
衝層の表面に有する上記（３）または（４）の光導波路
の製造方法。（６）前記離型層がダイヤモンド・ライク・カーボン
から構成されている上記（５）の光導波路の製造方法。

【０００９】

【作用および効果】前記特許第２８１８１３２号公報に
示されるように、金型でプレス成形することにより光導
波路のコアを製造する方法は知られているが、この方法
では、金型にコアの母型パターンを精度よく形成するこ
とが難しい、ガラスのプレス成形に耐えられる耐熱性を
もつ金型材料の選択が困難、などの問題がある。

【００１０】これに対し本発明の第１の態様では、金型
の替わりに、ガラス母材とその表面に形成されたダイヤ
モンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ）からなる離型層と
を有する成形用型を用いてガラス素材をプレス成形し、
コアパターンを得る。コアの母型パターンの形成は、ガ
ラス母材への溝の形成によって行うことができる。ガラ
ス母材は耐熱性の良好な材料から選択することが可能で
あり、かつ、ガラス母材には高精度のパターンを容易に
形成することができる。また、離型層に用いるＤＬＣは
耐熱性が高い。したがって、本発明の第１の態様では、
光導波路のコアパターンの成形に金型を用いた場合の上
記問題点を解決することができる。

【００１１】また、本発明の第２の態様では、金型の替
わりに、ガラス母材およびその表面に形成された緩衝層
を有する成形用型を用いてガラス素材をプレス成形し、
コアパターンを得る。コアの母型パターンの形成は、ガ
ラス母材への溝の形成、または、緩衝層のパターニング
によって行うことができる。ガラス母材および緩衝層の
構成材料は、いずれも耐熱性の良好な材料から選択する
ことが可能であり、また、これらには高精度のパターン
を容易に形成することができる。したがって、本発明の
第２の態様では、光導波路のコアパターンの成形に金型
を用いた場合の上記問題点を解決することができる。

【００１２】ところで、ガラス型を用いてガラス素材を
プレス成形する方法は、既に知られている。

【００１３】例えば、特開平８−５８１１号公報には、
回折格子の母型パターンを有する石英ガラス基板表面に
金属薄膜を形成した構造のガラス型を用いて、ガラス製
の回折格子を製造する方法が記載されている。同公報の
実施例では、金属薄膜として厚さ３００ÅのＰｔ膜を用
い、ピッチ１００μm、溝幅５０μm、深さ約０．３μm
の回折格子パターンを形成している。同公報には、金属
薄膜の好ましい厚さが１０００Å以下である旨が記載さ
れている。

【００１４】また、特開平２−５１４３４号公報にも、
ガラスプレス成形用型が記載されている。この型は、ま
ず、ガラス基板表面に無機薄膜を形成し、この無機薄膜
をパターニングして微細パターンを形成し、次いで、離
型性を向上させるために炭素膜を形成することにより製
造される。同公報には、前記無機薄膜として金属、合
金、金属化合物（炭化物、酸化物、窒化物）が挙げられ
ている。同公報には、微細パターンと炭素膜との間に、
炭化ケイ素および／または窒化ケイ素からなる中間層を
設けてもよい旨が記載されている。同公報に記載された
各膜の厚さは、微細パターン形成のための無機薄膜が３
００〜１５００Å、炭素膜が１μm以下、中間層が１μm
以下である。同公報の実施例では、ガラス基板上に、ケ
イ化モリブデンからなる無機薄膜を形成し、フォトリソ
グラフィーにより無機薄膜に螺旋パターン（ピッチ１．
６μm、間隔０．５μm、深さ６００Å）を形成し、その
上に炭化ケイ素中間層（厚さ３００Å）および炭素膜
（厚さ５００Å）を形成して、光ディスク基板用の成形
用型を作製している。

【００１５】また、特開平１０−２３１１２９号公報に
は、平滑表面またはグルーブ形成表面を有するガラス製
磁気ディスク基板を製造するためのガラス型が記載され
ている。このガラス型は、ガラス母材を必要に応じてパ
ターニングし、その上に下地層および保護層をこの順に
積層したものである。下地層は、ガラス母材に含まれる
成分と保護層に含まれる成分とからなる。同公報の実施
例では、幅０．２μmのランド形状と幅１．０μmのグル
ーブ形状とを有し、かつ深さが２００nmである微細パタ
ーンを、ガラス母材の表面に形成している。そして、こ
のパターン表面に、ＳｉＯ₂−Ｐｔなどからなる下地層
を形成し、さらに、Ｐｔ−Ｉｒ合金などからなる保護層
を形成している。同公報には、下地層および保護層の好
ましい厚さ範囲として０．１〜５μmの範囲が記載され
ている。しかし、ガラス母材表面に微細パターンを形成
した実施例には、下地層の厚さおよび保護層の厚さのい
ずれもが記載されてない。なお、平滑なガラス母材を用
いた実施例には、下地層の厚さを０．３μmとしたこと
が記載されているが、保護層厚さの記載はない。

【００１６】また、特開平１−１４８７１４号公報に
は、ガラスから形成される型本体と、この型本体上に設
けた薄膜とを有する光学素子形成用型が記載されてい
る。前記薄膜の構成材料としては、セラミックスまたは
貴金属が例示されている。同公報では、光学素子として
レンズだけが記載されており、型に微細パターンを設け
ることは記載されていない。同公報の実施例では、型本
体を光学ガラスから構成し、前記薄膜として、貴金属膜
（厚さ約２μm）、ＴｉＮ膜（厚さ約１．５μm）、Ａｌ
₂Ｏ₃膜（厚さ約２μm）を利用している。

【００１７】このように、ガラス型を用いてガラス素材
をプレス成形することにより、回折格子パターンや光デ
ィスクのグルーブパターンを形成することは知られてい
る。しかし、ガラス型でのプレス成形により光導波路の
コアを製造することは提案されていない。

【００１８】本発明の発明者らは、上記各公報の記載に
ならって、ガラス母材表面に離型層（貴金属膜、炭素膜
またはセラミックス膜）を形成してなるガラス型を用い
て光導波路のコアを製造する実験を行った結果、特性の
良好な光導波路、特に挿入損失の偏波依存性が十分に小
さい光導波路が常に得られるとは限らなかった。一方、
回折格子パターンや光ディスクのグルーブパターンを形
成する場合には、上記ガラス型を用いても特に特性上の
問題は特に生じなかった。この実験結果から、本発明の
発明者らは、光導波路で認められた特性劣化が、以下に
説明するように光導波路のコア寸法に依存して発生する
ものと考えた。

【００１９】シングルモードの光導波路のコアを製造す
るためにガラス型に形成する母型パターンは、幅および
深さが一般に１０μm前後であり、回折格子パターンや
光ディスクのグルーブパターンを形成するための母型パ
ターンに比べ大きく、特に深さが大きい。そのため離型
しにくい。このように離型しにくいパターンを設けたガ
ラス型では、平滑なガラス型や深さの浅いパターンを設
けたガラス型を用いる場合に比べ、ガラス母材に対する
離型層の接着性と、成形対象のガラス素材に対する離型
層の離型性とが、より優れている必要があると考えられ
る。したがって、ガラス型の表面に離型層だけを形成し
た場合には、ガラス型に対する離型層の接着性と、成形
対象のガラス素材に対する離型層の離型性とを両立させ
ることができず、その結果、光導波路の特性、特に挿入
損失の偏波依存性が大きくなったものと考えられる。離
型膜とガラス母材との間に、特開平２−５１４３４号公
報に記載された中間層や特開平１０−２３１１２９号公
報に記載された下地層を設ければ、ガラス母材に対する
接着性は改善されるが、この場合、中間層や下地層の形
成の手間が増えてしまう。

【００２０】また、ガラス型を構成するガラス（例えば
石英ガラス）は、成形対象のガラス素材に比べ熱膨張係
数が約一桁小さい。そのため、プレス成形時および離型
時にガラス素材に歪みが生じやすいと考えられる。ガラ
ス素材に歪みが生じると、光導波路の特性、特に挿入損
失の偏波依存性が大きくなる。

【００２１】このような実験および考察に基づき、本発
明の第１の態様では、離型層をＤＬＣから構成する。Ｄ
ＬＣは、ガラス母材に対する接着性が極めて高い一方
で、成形対象のガラス素材に対する離型性が極めて高
い。したがって、ＤＬＣからなる離型層をガラス母材表
面に形成したガラス型では、従来のガラス型で生じる上
記問題を解決することができる。ガラス型にＤＬＣ膜か
らなる離型層を設けることにより、ガラス型に対する離
型層の接着性と、成形対象のガラス素材に対する離型層
の離型性とを両立させ得ることは、本発明において初め
て明らかにされたことである。

【００２２】また、本発明の第２の態様では、光導波路
のコア寸法に対応させて緩衝層の厚さを最適化する。そ
のため、ガラス素材の歪みによる導波路の特性低下を抑
えることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明は、光導波路のコアの母型
パターンを表面に有する成形用型を用いてガラス素材を
プレス成形することにより、コアを形成する工程を有す
る。以下、図１を参照して、本発明の製造方法の流れを
説明する。

【００２４】まず、図１（Ａ）に示すように、光導波路
のコアとなるコア素材４を加熱しながらプレス成形し、
図１（Ｂ）に示すように、コアに相当する凸条をもつコ
ア成形体４Ａを得る。このプレス成形では、成形用型２
からなる上型と、下型１０３とを用いる。

【００２５】成形用型２の平面図を図２に示す。また、
第１の態様における図２のＡ−Ａ断面図を図３に、第２
の態様における図２のＡ−Ａ断面図を図４に、それぞれ
示す。この成形用型２は、その表面に、光導波路（１×
２カプラ）のコアの母型パターン２２Ａを有する。

【００２６】まず、第１の態様で用いる成形用型につい
て説明する。図３に示すように、第１の態様における成
形用型２は、ガラス母材２１およびその表面に形成され
た離型層２２を有する。離型層２２は、ガラス母材２１
の母型パターン２２Ａ側の全面を覆っている。

【００２７】本発明において離型層として利用するＤＬ
Ｃ（Diamond Like Carbon）膜については、例えば、特
開昭６２−１４５６４６号公報、同６２−１４５６４７
号公報、New Diamond Forum,第４巻第４号（昭和６３年
１０月２５日発行）等に記載されている。ＤＬＣは、上
記文献（New Diamond Forum）に記載されているよう
に、ラマン分光分析において、１５５０cm^-1にブロード
な（１５２０〜１５６０cm^-1）ラマン吸収のピークを有
する。すなわち、１３３３cm^-1に鋭いピークを有するダ
イヤモンドや、１５８１cm^-1に鋭いピークを有するグラ
ファイトとは、明らかに異なった構造を有する物質であ
る。ＤＬＣ膜は、炭素と水素とを主成分とするアモルフ
ァス状態の薄膜であって、炭素同士のｓｐ³結合がラン
ダムに存在することによって形成されている。ＤＬＣに
おける原子比Ｃ：Ｈは、通常、９５〜６０：５〜４０程
度である。

【００２８】ＤＬＣ膜は、炭素および水素に加え、Ｓ
ｉ、Ｎ、Ｏ、Ｆの１種または２種以上を含有していても
よい。この場合、ＤＬＣ膜は、基本組成をＣＨ_xＳｉ_yＯ
_zＮ_vＦ _wと表したとき、モル比を表すｘ、ｙ、ｚ、ｖ、
ｗがそれぞれ、０．０５≦ｘ≦０．７、０≦ｙ≦３．０、０≦ｚ≦１．０、０≦ｖ≦１．０、０≦ｗ≦０．２であることが好ましい。

【００２９】ＤＬＣ膜のラマン分光分析における吸収ピ
ークは、上記のように１５５０cm^-1にブロード（１５２
０〜１５６０cm^-1）な吸収を有するが、炭素および水素
以外の上記元素を含有することにより、これから±１０
０cm^-1程度変動する場合もある。

【００３０】ＤＬＣからなる離型層２２の厚さは、好ま
しくは１nm〜１０μm、より好ましくは１０nm〜３μmで
ある。離型層２２が薄すぎると、機械的強度が不十分と
なりやすい。一方、離型層２２が厚すぎると、ガラス母
材２１から剥離しやすくなる。なお、母型パターン２２
Ａの下面側と両側面側とで、離型層２２の厚さが多少異
なっていてもよいが、どちらの厚さも上記範囲内である
ことが好ましい。

【００３１】ＤＬＣ膜は、プラズマＣＶＤ法、イオン化
蒸着法、スパッタ法などで形成することができる。

【００３２】ＤＬＣ膜をプラズマＣＶＤ法により形成す
る場合、例えば特開平４−４１６７２号公報等に記載さ
れている方法により成膜することができる。プラズマＣ
ＶＤ法におけるプラズマは、直流、交流のいずれであっ
てもよいが、交流を用いることが好ましい。交流として
は数ヘルツからマイクロ波まで使用可能である。また、
ダイヤモンド薄膜技術（総合技術センター発行）などに
記載されているＥＣＲプラズマも使用可能である。ま
た、バイアス電圧を印加してもよい。

【００３３】ＤＬＣ膜をプラズマＣＶＤ法により形成す
る場合、原料ガスには、下記化合物を使用することが好
ましい。

【００３４】ＣおよびＨを含有する化合物として、メタ
ン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、
エチレン、プロピレン等の炭化水素が挙げられる。

【００３５】Ｃ、ＨおよびＳｉを含む化合物としては、
メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、テ
トラメチルシラン、ジエチルシラン、テトラエチルシラ
ン、テトラブチルシラン、ジメチルジエチルシラン、テ
トラフェニルシラン、メチルトリフェニルシラン、ジメ
チルジフェニルシラン、トリメチルフェニルシラン、ト
リメチルシリル−トリメチルシラン、トリメチルシリル
メチル−トリメチルシラン等がある。これらは併用して
もよく、シラン系化合物と炭化水素を用いてもよい。

【００３６】Ｃ＋Ｈ＋Ｏを含む化合物としては、ＣＨ₃
ＯＨ、Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ、ＨＣＨＯ、ＣＨ₃ＣＯＣＨ₃等があ
る。

【００３７】Ｃ＋Ｈ＋Ｎを含む化合物としては、シアン
化アンモニウム、シアン化水素、モノメチルアミン、ジ
メチルアミン、アリルアミン、アニリン、ジエチルアミ
ン、アセトニトリル、アゾイソブタン、ジアリルアミ
ン、エチルアジド、ＭＭＨ、ＤＭＨ、トリアリルアミ
ン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリフェニ
ルアミン等がある。

【００３８】この他、Ｓｉ＋Ｃ＋Ｈ、Ｓｉ＋Ｃ＋Ｈ＋Ｏ
あるいはＳｉ＋Ｃ＋Ｈ＋Ｎを含む化合物等と、Ｏ源ある
いはＯＮ源、Ｎ源、Ｈ源等とを組み合わせてもよい。こ
れらの具体例としては、例えば、Ｏ源としてＯ₂、Ｏ₃、
Ｃ＋Ｏ源としてＣＯ、ＣＯ₂、Ｓｉ＋Ｈ源としてＳｉ
Ｈ₄、Ｈ源としてＨ₂、Ｈ＋Ｏ源としてＨ₂Ｏ、Ｎ源とし
てＮ₂、Ｎ＋Ｈ源としてＮＨ₃、Ｎ＋Ｏ源としてＮＯ、Ｎ
Ｏ₂、Ｎ₂ＯなどＮＯ_xで表示できるＮとＯの化合物、Ｎ
＋Ｃ源として（ＣＮ）₂、Ｎ＋Ｈ＋Ｆ源としてＮＨ₄Ｆ、
Ｏ＋Ｆ源としてＯＦ₂、Ｏ₂Ｆ₂、Ｏ₃Ｆ₂が挙げられる。

【００３９】上記原料ガスの流量は原料ガスの種類に応
じて適宜決定すればよい。動作圧力は、通常、１〜７０
Pa、投入電力は、通常、１０W〜５kW程度が好ましい。

【００４０】ＤＬＣ膜は、イオン化蒸着法により形成し
てもよい。イオン化蒸着法は、例えば特開昭５８−１７
４５０７号公報、特開昭５９−１７４５０８号公報等に
記載されている。ただし、これらに開示された方法、装
置に限られるものではなく、原料用イオン化ガスの加速
が可能であれば他の方式のイオン蒸着技術を用いてもよ
い。この場合の装置の好ましい例としては、例えば、実
開昭５９−１７４５０７号公報に記載されたイオン直進
型またはイオン偏向型のものを用いることができる。

【００４１】イオン化蒸着法においては、真空容器内を
１０^-4Pa程度までの高真空とする。この真空容器内には
交流電源によって加熱されて熱電子を発生するフィラメ
ントが設けられ、このフィラメントを取り囲んで対電極
が配置され、フィラメントとの間に電圧Ｖｄを与える。
また、フィラメント、対電極を取り囲んでイオン化ガス
閉じこめ用の磁界を発生する電磁コイルが配置されてい
る。原料ガスはフィラメントからの熱電子と衝突して、
プラスの熱分解イオンと電子を生じ、このプラスイオン
はグリッドに印加された負電位Ｖａにより加速される。
この、Ｖｄ，Ｖａおよびコイルの磁界を調整することに
より、組成や膜質を変えることができる。また、バイア
ス電圧を印加してもよい。

【００４２】ＤＬＣ膜をイオン化蒸着法により形成する
場合、原料ガスには、プラズマＣＶＤ法と同様のものを
用いればよい。上記原料ガスの流量はその種類に応じて
適宜決定すればよい。動作圧力は、通常、１〜７０Pa程
度が好ましい。

【００４３】ＤＬＣ膜は、スパッタ法により形成するこ
ともできる。この場合、Ａｒ、Ｋｒ等のスパッタ用のス
パッタガスに加えて、Ｏ₂、Ｎ₂、ＮＨ₃、ＣＨ₄、Ｈ₂等
のガスを反応性ガスとして導入すると共に、Ｃ、Ｓｉ、
ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ等をターゲットとしたり、
Ｃ、Ｓｉ、ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣの混成組成をタ
ーゲットとしたり、場合によっては、Ｃ、Ｓｉ、Ｎ、Ｏ
を含む２以上のターゲットを用いてもよい。また、ポリ
マーをターゲットとして用いることも可能である。この
ようなターゲットを用いて高周波電力、交流電力、直流
電力のいずれかを印加し、ターゲットをスパッタし、こ
れを基板上にスパッタ堆積させることによりＤＬＣ膜を
形成する。高周波スパッタ電力は、通常、５０W〜２kW
程度である。動作圧力は、通常、１０^-3〜０．１Paが好
ましい。

【００４４】次に、第２の態様で用いる成形用型につい
て説明する。図４に示すように、この成形用型２は、ガ
ラス母材２１およびその表面に形成された緩衝層２３を
有し、母型パターン２２Ａは、緩衝層２３側の表面に存
在する。

【００４５】緩衝層２３の厚さは、１０μm超１００μm
以下、好ましくは１０．５μm以上５０μm以下である。
緩衝層２３が薄すぎると、プレス成形および離型の際
に、被成形物であるコア素材４に歪みが発生しやすくな
る。一方、緩衝層２３が厚すぎると、緩衝層２３がガラ
ス母材２１から剥離しやすくなってしまう。

【００４６】緩衝層２３の構成材料は、コア素材４の離
型が容易となるように、ガラス母材２１およびコア素材
４をそれぞれ構成する材料に応じて適宜選択すればよ
い。ガラス母材２１は、石英ガラスや高ケイ酸ガラスな
ど、コア素材４に比べ熱膨張係数が著しく小さいガラス
から構成される。そのため、本発明では緩衝層２３を、
ガラス母材２１よりも熱膨張係数が大きく、かつ、コア
素材４よりも熱膨張係数が小さい金属化合物、金属（合
金および金属間化合物を含む）または炭素から構成す
る。なお、この場合の熱膨張係数とは、１００〜３００
℃における熱膨張係数である。

【００４７】上記金属化合物としては、例えば、酸化ケ
イ素、窒化ケイ素、窒化酸化ケイ素（Ｓｉ−Ｏ−Ｎ）、
酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒
化アルミニウムチタン（Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ）、窒化炭化チ
タン（Ｔｉ−Ｃ−Ｎ）、炭化ケイ素、窒化クロム、酸化
クロム（Ｃｒ₂Ｏ₃）、窒化ホウ素などから選択すればよ
い。上記金属としては、例えばＣｒ、Ｉｎ、Ｚｒ、Ｗ、
Ｂなどから選択すればよい。上記炭素としては、例えば
ガラス状カーボン（アモルファスカーボンともいわれ
る）が好ましい。

【００４８】緩衝層２３は、スパッタ法やＣＶＤ法等の
薄膜形成法により形成することが好ましく、特に、ステ
ップカバレッジの高い薄膜形成法（例えばＣＶＤ法）が
好ましい。なお、窒化酸化ケイ素からなる緩衝層２３を
スパッタ法により形成する場合には、Ｓｉをターゲット
として酸素および窒素を含有する雰囲気中で反応性スパ
ッタを行うことが好ましい。また、緩衝層２３をガラス
状カーボンから構成する場合、ガラス母材表面にガラス
状カーボンを塗布して乾燥硬化した後、不活性ガス中で
焼成すればよい。ガラス状カーボンは、ポリカルボジイ
ミド等の樹脂を焼成することにより製造でき、市販のも
のを用いることもできる。

【００４９】母型パターン２２Ａは、コア形状のネガ像
である。図示例では断面が台形の溝となっているが、断
面形状が正方形、長方形、半円形または半長円形であっ
てもよい。ただし、コア素材４の離型が困難となる断面
形状（正方形または長方形）をもつ母型パターンを設け
る場合に、本発明はより有効である。また、母型パター
ン２２Ａの断面形状が正方形または長方形であれば、挿
入損失の偏波依存性を小さくできる。なお、図５に示す
構造では、母型パターン２２Ａ直下における緩衝層２３
の厚さは、前記した限定範囲より薄くてもよく、前記直
下での厚さがゼロであっても、すなわち緩衝層が存在し
なくてもよい。その場合でも、コア素材４の歪み発生を
防ぐ効果は実現する。このように、第２の態様において
限定する緩衝層の厚さは、母型パターン２２Ａの幅方向
（図中の横方向）に測定した厚さである。

【００５０】第２の態様における母型パターン２２Ａ
は、図４に示すように、ガラス母材２１を形状加工して
溝を形成した後、緩衝層２３を形成することにより設け
てもよく、図５に示すように、平滑なガラス母材２１上
に緩衝層２３を形成した後、緩衝層２３を形状加工して
溝を形成することにより設けてもよい。また、溝を形成
したガラス母材２１上に緩衝層２３を形成した後、緩衝
層２３の表面をさらにエッチングして形状加工してもよ
い。これらの形状加工には、フォトリソグラフィーを利
用することが好ましい。なお、ガラス母材２１のエッチ
ングに通常のＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用い
ると、母型パターン２２Ａの断面形状が図示するような
台形となる。母型パターン２２Ａの断面形状を正方形ま
たは長方形とするためには、誘導プラズマを利用したＲ
ＩＥ装置を用いる必要があるが、このＲＩＥ装置は高価
である。これに対し、平滑なガラス母材２１上に緩衝層
２３を設け、この緩衝層２３を例えば通常のＲＩＥによ
りエッチングして母型パターン２２Ａを形成すれば、高
価な装置を用いることなく、正方形または長方形断面を
もつ母型パターン２２Ａが得られる。

【００５１】なお、第１の態様における母型パターン２
２Ａは、図３に示すように、ガラス母材２１を形状加工
して溝を形成した後、離型層２２を形成することにより
設ければよい。

【００５２】本発明は、例えばシングルモードの光導波
路の製造に適用されるので、その場合のコア寸法に応じ
て母型パターン２２Ａの幅および深さを決定する。第２
の態様では、母型パターン２２Ａの幅および深さを、い
ずれも３〜１５μmの範囲内から選択し、好ましくは６
〜１２μmの範囲内から選択する。この範囲の寸法をも
つ母型パターン２２Ａを設け、かつ、緩衝層２３の厚さ
を前記した限定範囲内から選択することにより、プレス
成形に伴うコア成形体４Ａの歪み発生を防ぐという効果
が臨界的に実現する。また、第１の態様における効果
も、母型パターンの寸法が上記範囲である場合に特に有
効である。

【００５３】なお、母型パターン２２Ａの全体において
幅および深さが上記範囲である必要はない。すなわち、
母型パターンの少なくとも一部に上記幅および深さの領
域が存在すれば、本発明の効果は実現する。母型パター
ンの寸法が変化するのは、例えば導波路の分岐部や接合
部などである。

【００５４】ところで、第２の態様において、緩衝層２
３の構成材料とコア素材４の構成材料との組み合わせに
よっては、両者間で離型性が不十分となることがある。
その場合、図６に示すように、離型性向上のための離型
層２２を、緩衝層２３上に設けてもよい。離型層２２
は、コア素材４に対する離型性が良好であって、かつ、
緩衝層２３に対する接着性が良好である無機材料から構
成することが好ましい。このような無機材料としては、
上記したＤＬＣが特に好ましい。

【００５５】ガラス母材２１は、ガラス転移点がプレス
成形温度より高いガラス、好ましくは３０℃以上高いガ
ラスから構成する。なお、プレス成形温度は、プレス成
形時のコア素材４の温度であり、コア素材４がプレスに
より変形可能な温度であればよく、通常、コア素材４の
屈伏点以上、好ましくは屈服点より２０℃以上高い温度
とされる。

【００５６】ガラス母材２１の構成材料は、コア素材４
構成材料に応じて適宜選択すればよいが、通常、ガラス
転移点が７５０℃以上のガラス、例えば石英ガラス、高
ケイ酸ガラスなどから選択することが好ましい。ガラス
母材２１の厚さは特に限定されず、プレス成形時にコア
の母型パターンの寸法精度が確保でき、かつ、プレス成
形および離型の際に破損が生じないように設定すればよ
く、通常、０．５〜３mmの範囲内とすることが好まし
い。

【００５７】プレス成形の際に加える圧力は、１〜１０
MPa程度とすることが好ましい。

【００５８】なお、下型１０３は、表面が平滑であれば
よく、その構成材料は金属であってもセラミックスであ
ってもよく、ガラス母材２１と同様に耐熱性の高いガラ
スから構成してもよい。

【００５９】プレス成形後、図１（Ｃ）に示すように、
コア成形体４Ａの凸条形成面側に上部クラッド素材５を
配置し、これらを上型１０２と下型１０３とで挟んで、
加熱しながらプレス成形する。上型１０２は、下型１０
３と同様に表面が平滑であればよく、その構成材料は金
属、セラミックス、ガラス等のいずれであってもよい。
このプレス成形により、図１（Ｄ）に示すように、上部
クラッド素材５に凹条が形成されて上部クラッド５Ａと
なり、かつ、この上部クラッド５Ａとコア成形体４Ａと
が接合された状態となる。なお、上部クラッド素材５
は、屈折率がコア成形体４Ａよりも低いガラスから選択
される。上部クラッド素材５の厚さは特に限定されない
が、通常、０．５〜３mm程度とする。また、コア素材４
の厚さも特に限定されないが、通常、０．５〜３mm程度
とする。

【００６０】このときのプレス成形温度は、コア成形体
４Ａのガラス転移点付近であって、かつ、プレスにより
上部クラッド素材５が変形可能な温度とする。プレス圧
力は、コア成形体４Ａおよび上部クラッド素材５が破損
しないように設定する。

【００６１】次に、図１（Ｄ）に示すコア成形体４Ａの
凸条を除く領域を、研磨、研削等の機械的加工、ＲＩＥ
（反応性イオンエッチング）等の乾式エッチング、湿式
エッチング等により除去して、図１（Ｅ）に示すよう
に、上部クラッド５Ａ内にコア４Ｂが埋め込まれた構造
を得る。なお、コア成形体４Ａの一部除去に際して、前
記凸条の一部および上部クラッド５Ａの一部も除去し、
結果として設計どおりの寸法のコア４Ｂを得る構成とし
てもよい。

【００６２】次いで、図１（Ｆ）に示すように、上部ク
ラッド５Ａのコア４Ｂ埋め込み面側に下部クラッド６を
配置し、これらを上型１０２と下型１０３とで挟んで、
加熱しながらプレスする。このプレスにより、図１
（Ｇ）に示すように、上部クラッド５Ａおよびコア４Ｂ
に下部クラッド６が接合されて、光導波路が完成する。
下部クラッド６は、上部クラッド５Ａと同じガラスから
構成することが好ましいが、屈折率がほぼ同じであれ
ば、異なるガラスから構成してもよい。下部クラッド６
の厚さは特に限定されないが、通常、０．５〜３mm程度
とする。

【００６３】このときのプレス温度は、コア４Ｂのガラ
ス転移点付近とすることが好ましい。プレス圧力は、上
部クラッド５Ａ、コア４Ｂおよび下部クラッド６が破損
しないように設定する。なお、このときのプレス圧力
は、図１（Ｃ）に示すプレス成形工程における圧力より
高くする必要はない。

【００６４】

【実施例】実施例１（第１の態様）図１（Ｂ）に示すコア成形体４Ａを、前記した工程によ
り以下に示す条件で作製した。なお、以下の説明におけ
る熱膨張係数αは、１００〜３００℃での熱膨張係数で
ある。

【００６５】ガラス母材２１は、厚さ１mmの石英ガラス
（α＝５×１０^-7／℃、ガラス転移点Ｔｇ＝約１２００
℃）から構成し、その表面を誘導プラズマを利用したＲ
ＩＥによりエッチングして、長方形断面をもつ溝を形成
した。その上に、プラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜を成
膜して離型層２２とし、成形用型２を得た。母型パター
ン２２Ａは、幅および深さが共に１１μmとなった。

【００６６】この成形用型２を用いて、厚さ１mmのコア
素材４（（株）住田光学ガラス製のＶＣ８１、ガラス転
移点５１０℃、屈服点５４９℃、波長１０１４．０nmに
おける屈折率１．７３７１９）をプレス成形し、コア成
形体４Ａを得た。プレス成形はＮ₂雰囲気中で行い、プ
レス成形温度は５８０℃、プレス圧力は６MPaとした。

【００６７】次いで、前記した工程により、図１（Ｄ）
に示す状態とした。なお、上部クラッド５Ａは、厚さ１
mmのガラス（（株）住田光学ガラス製のＳＦｎ４、ガラ
ス転移点４３７℃、屈服点４７０℃、波長１０１４．０
nmにおける屈折率１．７２４６７）から構成した。上部
クラッド５Ａをコア成形体４Ａに接合する際には、温度
を５００℃とし、圧力を６MPaとした。

【００６８】次に、図１（Ｄ）に示すコア成形体４Ａの
凸条を除く領域を研磨により除去して、図１（Ｅ）に示
す状態とした。

【００６９】次いで、加熱プレスにより厚さ１mmの下部
クラッド６（上部クラッド５Ａと同素材）を接合し、図
１（Ｇ）に示す構造の光導波路を得た。この加熱プレス
の際の温度は５８０℃、圧力は１MPaとした。

【００７０】この光導波路に、様々な偏波（波長１．５
５μm）を入射させて挿入損失を測定することにより、
挿入損失の偏波依存性を測定した。その結果、挿入損失
の最大値と最小値との差は０．１dB以下であり、挿入損
失の偏波依存性が小さいことが確認できた。

【００７１】実施例２（第２の態様）図１（Ｂ）に示すコア成形体４Ａを、前記した工程によ
り以下に示す条件で作製した。なお、以下の説明におけ
る熱膨張係数αは、１００〜３００℃での熱膨張係数で
ある。

【００７２】ガラス母材２１は、厚さ１mmの石英ガラス
（α＝５×１０^-7／℃、ガラス転移点Ｔｇ＝約１２００
℃）から構成し、その表面を誘導プラズマを利用したＲ
ＩＥによりエッチングして、幅３２μm、深さ１１μmの
長方形断面をもつ溝を形成した。その上にＡｌ₂Ｏ₃（α
＝７９×１０^-7／℃）を成膜して緩衝層２３とし、成形
用型２を得た。なお、溝の側面で緩衝層２３が薄くなる
ことを防ぐため、緩衝層２３の形成にはバイアススパッ
タ法を用いた。緩衝層２３の厚さは、母型パターンの底
面および側面のいずれにおいても１０．５μmであっ
た。その結果、母型パターン２２Ａは、幅および深さが
共に１１μmとなった。

【００７３】この成形用型２を用いて、厚さ１mmのコア
素材４（（株）住田光学ガラス製のＶＣ８１、α＝８８
×１０^-7／℃、ガラス転移点５１０℃、屈服点５４９
℃、波長１０１４．０nmにおける屈折率１．７３７１
９）をプレス成形し、コア成形体４Ａを得た。プレス成
形はＮ₂雰囲気中で行い、プレス成形温度は５８０℃、
プレス圧力は６MPaとした。

【００７４】次いで、前記した工程により、図１（Ｄ）
に示す状態とした。なお、上部クラッド５Ａは、厚さ１
mmのガラス（（株）住田光学ガラス製のＳＦｎ４、ガラ
ス転移点４３７℃、屈服点４７０℃、波長１０１４．０
nmにおける屈折率１．７２４６７）から構成した。上部
クラッド５Ａをコア成形体４Ａに接合する際には、温度
を５００℃とし、圧力を６MPaとした。

【００７５】次に、図１（Ｄ）に示すコア成形体４Ａの
凸条を除く領域を研磨により除去して、図１（Ｅ）に示
す状態とした。

【００７６】次いで、加熱プレスにより厚さ１mmの下部
クラッド６（上部クラッド５Ａと同素材）を接合し、図
１（Ｇ）に示す構造の光導波路を得た。この加熱プレス
の際の温度は５８０℃、圧力は１MPaとした。

【００７７】この光導波路に、様々な偏波（波長１．５
５μm）を入射させて挿入損失を測定することにより、
挿入損失の偏波依存性を測定した。その結果、挿入損失
の最大値と最小値との差は０．１dB以下であり、挿入損
失の偏波依存性が小さいことが確認できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）〜（Ｇ）は、本発明の光導波路の製造方
法を説明する断面図である。

【図２】本発明で用いるガラス型の平面図である。

【図３】第１の態様における図２のＡ−Ａ断面図であ
る。

【図４】第２の態様における図２のＡ−Ａ断面図であ
る。

【図５】第２の態様で用いるガラス型の断面図である。

【図６】第２の態様で用いるガラス型の断面図である。

【符号の説明】

２成形用型２１ガラス母材２２離型層２２Ａ母型パターン２３緩衝層４コア素材４Ａコア成形体４Ｂコア５上部クラッド素材５Ａ上部クラッド６下部クラッド１０２上型１０３下型

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者成宮義和東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内 (72)発明者中山正俊東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内Ｆターム(参考） 2H047 KA04 LA18 PA26 QA07 RA08 TA43

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光導波路のコアの母型パターンを表面に
有する成形用型を用いてガラス素材をプレス成形するこ
とにより前記コアを形成する工程を有し、前記成形用型がガラス母材および離型層を有し、前記離
型層がダイヤモンド・ライク・カーボンから構成され、
前記母型パターン形成面が前記離型層で構成されている
光導波路の製造方法。
【請求項２】前記母型パターンの少なくとも一部に、
幅および深さがいずれも３〜１５μmの範囲内である領
域が存在する請求項１の光導波路の製造方法。
【請求項３】光導波路のコアの母型パターンを表面に
有する成形用型を用いてガラス素材をプレス成形するこ
とにより前記コアを形成する工程を有し、前記成形用型がガラス母材および緩衝層を有し、前記緩
衝層が無機材料から構成され、前記母型パターンの少な
くとも側壁面が前記緩衝層で構成され、前記母型パター
ンの少なくとも一部に、幅および深さがいずれも３〜１
５μmの範囲内である領域が存在し、少なくともこの領
域において、前記母型パターンの幅方向における前記緩
衝層の厚さが１０μm超１００μm以下である光導波路の
製造方法。
【請求項４】前記母型パターンを前記ガラス母材およ
び／または前記緩衝層の加工により形成する請求項３の
光導波路の製造方法。
【請求項５】前記成形用型は、被成形物に対する離型
性が前記緩衝層よりも良好である離型層を、少なくとも
前記緩衝層の表面に有する請求項３または４の光導波路
の製造方法。
【請求項６】前記離型層がダイヤモンド・ライク・カ
ーボンから構成されている請求項５の光導波路の製造方
法。