JP2004029285A - 光導波路の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】低損失な光導波路の製造方法を提供する。
【解決手段】レーザビーム９−１を集光、照射したレーザビーム９−２を透明層１中に照射して屈折率を高くすることによって光伝搬層パターンを形成する光導波路の製造方法において、光透過部の形状が光伝搬層パターン２とほぼ同一のマスク７を介してレーザビーム９−２を透明層１に集光、照射することにより、側面におけるレーザビーム９−２の照射部と非照射部との界面近傍の屈折率の変化率が急峻な光伝搬層パターン２を形成するものである。
【選択図】 図１
【解決手段】レーザビーム９−１を集光、照射したレーザビーム９−２を透明層１中に照射して屈折率を高くすることによって光伝搬層パターンを形成する光導波路の製造方法において、光透過部の形状が光伝搬層パターン２とほぼ同一のマスク７を介してレーザビーム９−２を透明層１に集光、照射することにより、側面におけるレーザビーム９−２の照射部と非照射部との界面近傍の屈折率の変化率が急峻な光伝搬層パターン２を形成するものである。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８（ａ）は従来の光導波路の製造方法の説明図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）に示した製造方法を適用した光導波路の側面図であり、図８（ｃ）は図８（ｂ）に示した光導波路の８ｃ−８ｃ線上の屈折率分布を示す図である。図８（ｃ）において横軸は屈折率を示し、縦軸は厚さ方向の位置を示す。
【０００３】
この光導波路の製造方法は、超短レーザビーム４０−１をレンズ５０を介して集光し、その集光したレーザビーム４０−２をガラスブロック２０内に照射することにより、照射部の屈折率を増加させて高屈折率層、すなわち光伝搬層３０に改質する方法である。
【０００４】
超短パルスレーザビーム４０−１には２００ｆｓ（フェムト秒）以下の狭いパルス幅のパルスレーザが用いられ、２００ｋＨｚ程度の速い繰り返し周波数で照射され、ガラスブロック２０を矢印４１方向に移動させることにより、所望の光伝搬層パターンが形成される。
【０００５】
屈折率分布は、超短パルスレーザビーム４０−１の断面内光パワー分布（ガウス分布）に略比例した分布型の屈折率分布となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８（ａ）〜（ｃ）に示した従来技術は、以下のような問題があり、まだ実用化までには至っていない。
【０００７】
（１）レーザビーム４０−２の揺らぎ及びその焦点位置の変動、ガラスブロック２０の移動速度の変動等によって光伝搬層３０の形状が変動する。この変動により、高屈折率の光伝搬層３０と低屈折率のガラスブロック２０との界面が不均一になるので、光散乱損失を増大させ、低損失な光導波路がまだ得られていない。
【０００８】
（２）（１）により、光伝搬層３０とガラスブロック２０との界面の屈折率も不均一となり、曲率半径の小さい曲線導波路を実現しようとすると、その曲線導波路での光伝搬特性が乱れて損失が増大し、レーザビーム４０−１を用いない通常のコア層及びクラッド層からなる光導波路で実現されているような低損失な分岐、合流、合波等の光信号処理回路を得ることが難しい。
【０００９】
（３）レーザビーム４０−２の照射によって光伝搬層３０の屈折率をより高く実現しようとすると、レーザビーム４０−２のエネルギーをガラスブロック２０内に空孔が発生する直前に増加させるか、レーザビーム４０−２を同一箇所に複数回照射する方法が用いられている。しかし、いずれの方法もプロセス的に不安定であり、再現性の悪い方法である。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、低損失な光導波路の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、透明層中に、レーザビームを集光、照射してレーザビームの照射部の屈折率を高くすることによって光伝搬層パターンを形成する光導波路の製造方法において、光透過部の形状が光伝搬層パターンとほぼ同一のマスクを介してレーザビームを透明層に集光、照射することにより、側面におけるレーザビームの照射部と非照射部との界面近傍の屈折率の変化率が急峻な光伝搬層パターンを形成するものである。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載の構成に加え、マスクを透明層の表面に形成した後で、レーザビームを集光、照射してもよい。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２に記載の構成に加え、透明層の表面にフォトブリーチング用ポリマ層を形成し、フォトブリーチング用ポリマ層に形状が光伝搬層パターンとほぼ同一となるように紫外線を照射して屈折率を低くすることによって、マスクを形成してもよい。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１に記載の構成に加え、マスクを透明層の上に配置してレーザビームを集光、照射してもよい。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項４に記載の構成に加え、マスクとしてガラス板に光透過部の形状が光伝搬層パターンとほぼ同一のＣｒパターンが形成されたフォトマスクを用いてもよい。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の構成に加え、透明層として厚さが１５μｍ〜１００μｍの範囲のものを用いるのが好ましい。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の構成に加え、透明層を１０００℃〜１２５０℃の範囲で熱処理した後で光伝搬層パターンを形成するのが好ましい。
【００１８】
請求項１の発明によれば、所望の光信号用の光伝搬層パターンが形成されたマスクパターンを透明層の表面に設け、そのマスクパターンを介してレーザビームを透明層中に集光、照射するので、所望幅を有する光伝搬層の照射部と非照射部との界面近傍の屈折率の変化率が急峻な構造とすることができる。すなわち、マスクパターン上でのレーザビームスポット径をマスクパターン幅よりも大きくすることによって、マスクパターン内のレーザビームのエネルギー分布をほぼ一様にし、レーザビームの揺らぎや透明層の移動速度変動等の不安定要因が光伝搬層パターン形状及び屈折率分布を乱さないようにすることが可能となる。また、光伝搬層（「光伝播層」とも言う。）の幅方向の光の閉じ込めが厚さ方向の光の閉じ込めより強くなり、光伝搬層の側面の光散乱損失を小さくすることができるので、曲率半径の小さい曲線部での光散乱損失を減少させることができる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、マスク用の膜を透明層の表面に形成した後でフォトリソグラフィ、エッチング工程を経てパターニングしておけば、透明層中に高寸法精度で光伝搬層を形成することが可能となる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、マスクにフォトブリーチング用ポリマ層を用いることにより、透明層の表面へのポリマ層の形成（ポリマ層の溶液の塗布、ベーキングにより形成）後、フォトマスクを介してポリマ層への紫外線照射により、光伝搬層と形状がほぼ同一のマスクを透明層上に形成することが容易となる。このマスクは、レーザビームが通過する領域と遮断される領域のいずれの表面もほぼ同一の平坦な面であるので、照射部と非照射部との界面におけるレーザビームの不要な乱反射による乱れをなくすことができる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、マスクを何回でも使用してほぼ同一パターン形状の光導波路を製造することができ、低コスト化に寄与することができる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、Ｃｒ領域では超短パルスレーザビームを反射し、そのレーザビーム外周部をＣｒ領域で遮断して急峻なパワー分布のレーザビームを透明層の内部に集光させ、Ｃｒの無い領域、すなわち、光伝搬層パターンでは超短パルスレーザビームのパワーの８０〜９０％を通過させて透明層の内部に集光させ、急峻な屈折率分布を実現することが可能となる。この場合、マスク表面が平坦な面であるので、透明層に照射されるレーザビームの不要な乱反射による乱れを抑えることができる。
【００２３】
請求項６の発明によれば、透明層の厚さが１５μｍ〜１００μｍの範囲であるので、フォトマスクを介して透明層の中に焦点距離の短いレンズを用いてレーザビームを集光、照射することが可能となり、フォトマスクによってレーザビームの外周部のパワーを遮断することができ、照射部と非照射部との界面近傍の屈折率の変化率を急峻にすることができる。また、透明層の中にフォトマスクパターンとほぼ同一形状で擬似的にステップに近い屈折率分布を有するシングルモード伝搬用の光伝搬層を形成することができるので、シングルモード光導波路及びそれを用いた光信号処理回路のパターンを描画することができる。
【００２４】
請求項７の発明によれば、透明層を１０００℃〜１２５０℃の範囲で熱処理することにより、レーザビーム照射により形成した光伝搬層だけでなく、非照射部の緻密度を高くするができるので、長期的に安定な光学特性を有する光導波路及びそれを用いた光信号処理回路を実現することができる。すなわち、高密度な層を形成することができるので、外部からＯＨイオンの進入を阻止することができ、また温度変化に対し安定した光学特性を得ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２６】
図１（ａ）〜（ｄ）は本発明の光導波路の製造方法の一実施の形態を示す工程図である。
【００２７】
基板４の表面に透明層１をＣＶＤ法、スパッタリング法等により形成した後で１０００℃から２５０℃の範囲で熱処理を行う。ついでその透明層１の上にフォトブリーチング用ポリマ層３を形成する。このポリマ層３は、有機溶媒に溶けたフォトブリーチング用ポリマ溶液をスピンコーティング法により透明層１上に塗布し、その後２５０℃〜３５０℃の範囲で熱処理することにより得られる。
【００２８】
フォトブリーチング用ポリマ溶液としては、有機溶媒に溶けたポリシラン化合物にシリコーン化合物を添加したもの、ニトロンを添加したシリコーン化合物等を用いることができる（図１（ａ））。
【００２９】
次にフォトブリーチング用ポリマ層３の上にフォトマスク７を配置し、そのフォトマスク７の上から紫外線光８を照射してフォトブリーチング用ポリマ層３を露光する。尚、フォトマスク７の７ａは透過領域であり、７ｂは遮断領域である（図１（ｂ））。
【００３０】
フォトブリーチング用ポリマ層３の紫外線光の照射された領域３ａは、感光して屈折率が低下すると共に透明に変化し、図１（ｃ）に示す光伝搬層２とほぼ同一形状のパターンとなる。フォトブリーチング用ポリマ層３の紫外線光８の照射されなかった領域３ｂは屈折率が低下しない領域のままである。
【００３１】
フォトブリーチング用ポリマ層３からなるマスク３ａ、３ｂの上から超短パルスレーザビーム９−１をレンズ１０を介して集光し、その集光したレーザビーム９−２を透明層１内に照射し、透明層１内に高屈折率の光伝搬層２のパターンを描画する。
【００３２】
ここで、超短パルスレーザビーム９−１には波長が７００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲でパルス幅が２００ｆｓ以下、繰り返し周波数が５０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの範囲、平均出力が１００ｍＷの範囲のものを用いる（図１（ｃ））。
【００３３】
以上の工程により図１（ｄ）に示すような光導波路が得られる。
【００３４】
この方法の特徴は、フォトブリーチング用ポリマ層３からなるマスク３ａ、３ｂを用いることにより、透明層１の表面へのフォトブリーチング用ポリマ層３の形成（フォトブリーチング用ポリマ層の塗布、ベーキングにより形成）後、フォトマスク７を介してフォトブリーチング用ポリマ層３への紫外線光の照射により、容易に光伝搬層とほぼ同一形状のマスク３ａ、３ｂを透明層１の表面にパターニングすることができる。このマスク３ａ、３ｂのうちマスク３ａはレーザビーム９−２が通過する領域３ａであり、マスク３ｂはレーザビーム９−２を遮断する領域３ｂであり、いずれの領域３ａ、３ｂの表面はほぼ同一の平坦な面であるので、レーザビーム９−２の照射部と非照射部との界面でのレーザビーム９−２の不要な乱反射による乱れを無くすことができる点に特徴がある。
【００３５】
図２（ａ）〜（ｃ）は本発明の光導波路の製造方法の他の実施の形態を示す工程図である。
【００３６】
図１（ａ）〜（ｄ）に示した製造方法との相違点は、フォトマスクを用いた点である。
【００３７】
基板４の表面に透明層１を形成する（図２（ａ））。
【００３８】
透明層１の上にＷＳｉ膜１１を形成する。そのＷＳｉ膜１１の上にフォトレジスト膜（図示せず。）を塗布し、アニール後にフォトマスク（図示せず。）を配置し、フォトレジスト膜をパターニングし、所望の光伝搬層パターンとほぼ同一形状のパターンを形成する。その後、フォトレジストパターンをマスクにしてＷＳｉ膜１１をドライエッチングプロセスによりエッチングしてパターン化する。
【００３９】
次にＷＳｉ膜パターン１１ａ、１１ｂの上から超短パルスレーザビーム９−１をレンズ１０を通して透明層１内に集光、照射することにより（図２（ｂ））、図２（ｃ）に示すような光伝搬層２を有する光導波路が得られる。
【００４０】
ＷＳｉ膜１１のパターン１１ｂは、超短パルスレーザビーム９−２を反射する材料であり、かつ透明層１上に密着性よく成膜することができる。また、厚い透明層をＷＳｉ膜１１でドライエッチングする際にも大きなエッチング選択比を得ることができる。なお、図２（ｂ）に示したＷＳｉ膜パターン１１ａ、１１ｂの代わりに、ガラス板上にＣｒ膜でパターン化されたフォトマスクを透明層１の表面上に配置し、レーザビーム９−２を照射して光伝搬層２を形成してもよい。この場合にはＣｒ領域部では超短パルスレーザビーム９−２を反射し、そのレーザビーム９−２の外周部をこのＣｒ領域部で遮断して急峻なパワー分布のレーザビーム９−２を透明層１内に集光させ、Ｃｒの無い領域部、すなわち、光伝搬層パターン部では超短パルスレーザビーム９−２の８０％〜９０％を通過させて透明層１の内部に集光させ、急峻な屈折率分布を実現することができる。この場合もマスク表面が平坦な面であるので、照射するレーザビーム９−２の不要な乱反射による乱れを抑えることができる。
【００４１】
図３（ａ）は本発明の光導波路の製造方法を適用した光導波路の一実施の形態を示す側面断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の３ｂ−３ｂ線断面内の屈折率分布を示す図である。図３（ｂ）において、横軸は位置を示し、縦軸は屈折率を示す。
【００４２】
透明層１にはＳｉＯ２、あるいはＳｉＯ２にＧｅ、Ｐ、Ａｌ、Ｔａ、Ｓｂ等の屈折率制御用ドーパントを少なくとも１種類添加して屈折率を低下させたものを用いる。特に、図３（ｂ）に示すような光伝搬層内の屈折率分布、すなわち、擬似的にステップ状に近い高屈折率の分布特性を実現するためには、上記ドーパントを１種類だけ高濃度（１５モル％以上）に添加するか、２種類のドーパントをそれぞれ８モル％以上添加するのが好ましい。
【００４３】
図３（ａ）、（ｂ）において、偏波依存損失を低くするためには、光伝搬層２は透明層１の厚さのほぼ中心の位置に形成するのが好ましい。図３（ｂ）に示すように３ｂ−３ｂ線断面内での屈折率分布を急峻にすることにより、レーザビームのパワーの揺らぎや図示しない移動装置（透明層１もしくはレーザビームを相対移動させる装置）の不連続な変動による光伝搬層２の界面の構造の乱れによる光散乱損失を減少させることができる。
【００４４】
透明層１の厚さは、１５μｍ〜１００μｍの範囲にあり、光伝搬層２の構造は、シングルモード伝搬用のサイズ（３μｍ〜８μｍ）、透明層１と光伝搬層２との比屈折率差Δ（０．８％〜３％の範囲）となるように選ばれる。
【００４５】
図４（ａ）は本発明の光導波路の製造方法を適用した光導波路の他の実施の形態を示す側面断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の４ｂ−４ｂ線断面内の屈折率分布を示す図である。図４（ｂ）において、横軸は位置を示し、縦軸は屈折率を示す。
【００４６】
透明層１の表面にはフォトブリーチング用ポリマ層（厚さ０．５μｍ〜５μｍ）３からなる平坦なレーザマスクパターン３ａ、３ｂが形成されている。３ｂは紫外線の照射されていない領域であり、３ａは紫外線が照射されて透明な層に変化した低屈折率（屈折率変化は紫外線照射量に依存するが、通常、３％程度の値を実現することができる。）層である。ポリマ層３のレーザマスクパターン３ａ、３ｂはその上にフォトマスク（図示せず。）を配置して紫外線光を照射することによって形成したパターンである。光伝搬層２はこのレーザマスクパターン３ａ、３ｂを介してレーザビーム９−２（図２（ｂ）参照）を照射することによって形成される。フォトブリーチング用ポリマ層３は、照射するレーザビーム９−２の波長（７００ｎｍ〜９００ｎｍ）に対してはほぼ吸収層として作用する。このマスク表面は３ａ、３ｂ共にほぼ平坦な面であるので、その境界領域でのレーザビーム９−２の不要な乱反射による乱れを吸収することができる。
【００４７】
図５（ａ）は本発明の光導波路の製造方法を適用した光導波路の他の実施の形態を示す側面断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の５ｂ−５ｂ線断面内の屈折率分布を示す図である。図５（ｂ）において、横軸は位置を示し、縦軸は屈折率を示す。
【００４８】
この光導波路は、透明層１を基板４の表面に形成したものである。この基板４にはガラス、半導体、強誘電体等の材料を用いることができる。このように透明層１を基板４上に形成し、少なくとも１０００℃よりも高い温度で熱処理を行うようにすることにより、レーザビーム９−２（図２（ｂ）参照）の照射により形成した光伝搬層２だけでなく、レーザビーム９−２が照射されない部分の緻密度も高くすることができるので、長期的に安定な光学特性を有する光導波路及びそれを用いた光信号処理回路を実現することができる。すなわち、この光導波路は、高密度な層であるので、外部からのＯＨイオンの進入を阻止することができ、また温度安定性に優れた光学特性も期待できる。
【００４９】
なお、フォトブリーチング用ポリマ層３は、熱処理後の低温状態で形成される。
【００５０】
図６（ａ）は本発明の光導波路の製造方法を適用した光導波路の他の実施の形態を示す側面断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の６ｂ−６ｂ線断面内の屈折率分布を示す図である。図６（ｂ）において、横軸は屈折率を示し、縦軸は位置を示す。
【００５１】
この光導波路は透明層１と基板４との間に透明層１よりも屈折率の低い低屈折率層５−１を設け、透明層１とマスク３ａ、３ｂとの間にも低屈折率層５−１と同様な低屈折率層５−２を設けたものである。低屈折率層５−１、５−２は光伝搬層２の厚さ方向の光の閉じ込め性を向上させるために設けたものであり、例えばＳｉＯ２にＦやＢを添加した層が用いられる。
【００５２】
図７（ａ）は本発明の光導波路の製造方法を適用した光導波路の他の実施の形態を示す側面断面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の７ｂ−７ｂ線断面内の屈折率分布を示す図であり、図７（ｃ）は図７（ａ）の７ｃ−７ｃ線断面内の屈折率分布を示す図である。図７（ｂ）において、横軸は屈折率を示し、縦軸は位置を示す。図７（ｃ）において、横軸は位置を示し、縦軸は屈折率を示す。
【００５３】
この光導波路は、透明層１をほぼ矩形断面形状に形成し、その側面を透明層１よりも屈折率の低い層６−１、６−２で挟み、上下面を透明層１よりも屈折率の低い層５−１、５−２で挟んだ構造となっている。このようにほぼ矩形断面形状の透明層１の周囲を透明層１よりも屈折率の低い層５−１、５−２、６−１、６−２で囲むことにより、偏光依存性が少なく、光の閉じ込め性に優れた光導波路を得ることができる。
【００５４】
図３（ａ）、（ｂ）〜図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、透明層１及び基板４に形成された透明層１は１０００℃〜１２５０℃で熱処理されているのが好ましい。すなわち、上記温度で熱処理することにより、レーザビーム９−２の照射により形成した光伝搬層２だけでなく、非照射部の緻密度も高くすることができるので、長期的に安定した光学特性を有する光導波路及びそれを用いた光信号処理回路を期待することができる。すなわち、これらの光導波路は、高密度な層からなるので、外部からＯＨイオンの進入を阻止することができ、また温度変化に対して安定した光学特性を期待することができる。
【００５５】
本発明の光導波路を用いて、従来、知られているような光方向性結合器、光Ｙ分岐回路、リング共振器、光フィルタ回路、光スイッチ回路等を構成してもよい。また、光伝搬層として、直線状パターン、曲線状パターンもしくはこれらの組み合わせパターンを用いて上記以外の光信号処理回路を構成してもよい。
【００５６】
図６（ａ）、（ｂ）、図７（ａ）〜（ｃ）において、屈折率制御用添加物を少なくとも１種類含んだ低屈折率の透明層１の材質は少なくとも１層よりも多く積層しておき、各透明層１内に光伝搬層２を形成してもよい。このようにすることにより、より一層の高集積化を図ることができ、多機能化も期待できる。
【００５７】
超短パルスレーザビームの波長も８００ｎｍ以外に、７００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲から選ぶことができる。
【００５８】
また、屈折率制御用添加物を少なくとも１種類含んだ透明層の材質として、ポリマ材料を用いてもよく、例えばポリイミド、ポリシラン、シリコーン、エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００５９】
以上において、本発明は、以下のような効果を有している。
【００６０】
（１）請求項１の発明によれば、所望の光信号用の光伝搬層パターンが形成されたマスクパターンを透明層の表面に設け、そのマスクパターンを介してレーザビームを透明層中に集光、照射するので、所望幅を有する光伝搬層の照射部と非照射部との界面近傍の屈折率の変化率が急峻な構造とすることができる。すなわち、マスクパターン上でのレーザビームスポット径をマスクパターン幅よりも大きくすることによって、マスクパターン内のレーザビームのエネルギー分布をほぼ一様にし、レーザビームの揺らぎや透明層の移動速度変動等の不安定要因が光伝搬層パターン形状及び屈折率分布を乱さないようにすることが可能となる。また、光伝搬層の幅方向の光の閉じ込めが厚さ方向の光の閉じ込めより強くなり、光伝搬層の側面の光散乱損失を小さくすることができるので、曲率半径の小さい曲線部での光散乱損失を減少させることができる。
【００６１】
（２）請求項２の発明によれば、マスク用の膜を透明層の表面に形成した後でフォトリソグラフィ、エッチング工程を経てパターニングしておけば、透明層中に高寸法精度で光伝搬層を形成することが可能となる。
【００６２】
（３）請求項３の発明によれば、マスクにフォトブリーチング用ポリマ層を用いることにより、透明層の表面へのポリマ層の形成（ポリマ層の溶液の塗布、ベーキングにより形成）後、フォトマスクを介してポリマ層への紫外線照射により、光伝搬層と形状がほぼ同一のマスクを透明層上に形成することが容易となる。このマスクは、レーザビームが通過する領域と遮断される領域のいずれの表面もほぼ同一の平坦な面であるので、照射部と非照射部との界面におけるレーザビームの不要な乱反射による乱れをなくすことができる。
【００６３】
（４）請求項４の発明によれば、マスクを何回でも使用してほぼ同一パターン形状の光導波路を製造することができ、低コスト化に寄与することができる。
【００６４】
（５）請求項５の発明によれば、Ｃｒ領域では超短パルスレーザビームを反射し、そのレーザビーム外周部をＣｒ領域で遮断して急峻なパワー分布のレーザビームを透明層の内部に集光させ、Ｃｒの無い領域、すなわち、光伝搬層パターンでは超短パルスレーザビームのパワーの８０〜９０％を通過させて透明層の内部に集光させ、急峻な屈折率分布を実現することが可能となる。この場合、マスク表面が平坦な面であるので、透明層に照射されるレーザビームの不要な乱反射による乱れを抑えることができる。
【００６５】
（６）請求項６の発明によれば、透明層の厚さが１５μｍ〜１００μｍの範囲であるので、フォトマスクを介して透明層の中に焦点距離の短いレンズを用いてレーザビームを集光、照射することが可能となり、フォトマスクによってレーザビームの外周部のパワーを遮断することができ、照射部と非照射部との界面近傍の屈折率の変化率を急峻にすることができる。また、透明層の中にフォトマスクパターンとほぼ同一形状で擬似的にステップに近い屈折率分布を有するシングルモード伝搬用の光伝搬層を形成することができるので、シングルモード光導波路及びそれを用いた光信号処理回路のパターンを描画することができる。
【００６６】
（７）請求項７の発明によれば、透明層を１０００℃〜１２５０℃の範囲で熱処理することにより、レーザビーム照射により形成した光伝搬層だけでなく、非照射部の緻密度を高くすることができるので、長期的に安定な光学特性を有する光導波路及びそれを用いた光信号処理回路を実現することができる。すなわち、高密度な層を形成することができるので、外部からＯＨイオンの進入を阻止することができ、また温度変化に対し安定した光学特性を得ることができる。
【００６７】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、低損失な光導波路の製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の光導波路の製造方法の一実施の形態を示す工程図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の光導波路の製造方法の他の実施の形態を示す工程図である。
【図３】（ａ）は本発明の光導波路の製造方法を適用した光導波路の一実施の形態を示す側面断面図であり、（ｂ）は（ａ）の３ｂ−３ｂ線断面内の屈折率分布を示す図である。
【図４】（ａ）は本発明の光導波路の製造方法を適用した光導波路の他の実施の形態を示す側面断面図であり、（ｂ）は（ａ）の４ｂ−４ｂ線断面内の屈折率分布を示す図である。
【図５】（ａ）は本発明の光導波路の製造方法を適用した光導波路の他の実施の形態を示す側面断面図であり、（ｂ）は（ａ）の５ｂ−５ｂ線断面内の屈折率分布を示す図である。
【図６】（ａ）は本発明の光導波路の製造方法を適用した光導波路の他の実施の形態を示す側面断面図であり、（ｂ）は（ａ）の６ｂ−６ｂ線断面内の屈折率分布を示す図である。
【図７】（ａ）は本発明の光導波路の製造方法を適用した光導波路の他の実施の形態を示す側面断面図であり、（ｂ）は（ａ）の７ｂ−７ｂ線断面内の屈折率分布を示す図であり、（ｃ）は（ａ）の７ｃ−７ｃ線断面内の屈折率分布を示す図である。
【図８】（ａ）は従来の光導波路の製造方法の説明図であり、（ｂ）は（ａ）に示した製造方法を適用した光導波路の側面図であり、（ｃ）は（ｂ）に示した光導波路の８ｃ−８ｃ線上の屈折率分布を示す図である。
【符号の説明】
１ 透明層
２ 光伝搬層
３ フォトブリーチング用ポリマ層
３ａ、３ｂ マスク
４ 基板
９−１、９−２ 超短パルスレーザビーム
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８（ａ）は従来の光導波路の製造方法の説明図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）に示した製造方法を適用した光導波路の側面図であり、図８（ｃ）は図８（ｂ）に示した光導波路の８ｃ−８ｃ線上の屈折率分布を示す図である。図８（ｃ）において横軸は屈折率を示し、縦軸は厚さ方向の位置を示す。
【０００３】
この光導波路の製造方法は、超短レーザビーム４０−１をレンズ５０を介して集光し、その集光したレーザビーム４０−２をガラスブロック２０内に照射することにより、照射部の屈折率を増加させて高屈折率層、すなわち光伝搬層３０に改質する方法である。
【０００４】
超短パルスレーザビーム４０−１には２００ｆｓ（フェムト秒）以下の狭いパルス幅のパルスレーザが用いられ、２００ｋＨｚ程度の速い繰り返し周波数で照射され、ガラスブロック２０を矢印４１方向に移動させることにより、所望の光伝搬層パターンが形成される。
【０００５】
屈折率分布は、超短パルスレーザビーム４０−１の断面内光パワー分布（ガウス分布）に略比例した分布型の屈折率分布となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８（ａ）〜（ｃ）に示した従来技術は、以下のような問題があり、まだ実用化までには至っていない。
【０００７】
（１）レーザビーム４０−２の揺らぎ及びその焦点位置の変動、ガラスブロック２０の移動速度の変動等によって光伝搬層３０の形状が変動する。この変動により、高屈折率の光伝搬層３０と低屈折率のガラスブロック２０との界面が不均一になるので、光散乱損失を増大させ、低損失な光導波路がまだ得られていない。
【０００８】
（２）（１）により、光伝搬層３０とガラスブロック２０との界面の屈折率も不均一となり、曲率半径の小さい曲線導波路を実現しようとすると、その曲線導波路での光伝搬特性が乱れて損失が増大し、レーザビーム４０−１を用いない通常のコア層及びクラッド層からなる光導波路で実現されているような低損失な分岐、合流、合波等の光信号処理回路を得ることが難しい。
【０００９】
（３）レーザビーム４０−２の照射によって光伝搬層３０の屈折率をより高く実現しようとすると、レーザビーム４０−２のエネルギーをガラスブロック２０内に空孔が発生する直前に増加させるか、レーザビーム４０−２を同一箇所に複数回照射する方法が用いられている。しかし、いずれの方法もプロセス的に不安定であり、再現性の悪い方法である。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、低損失な光導波路の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、透明層中に、レーザビームを集光、照射してレーザビームの照射部の屈折率を高くすることによって光伝搬層パターンを形成する光導波路の製造方法において、光透過部の形状が光伝搬層パターンとほぼ同一のマスクを介してレーザビームを透明層に集光、照射することにより、側面におけるレーザビームの照射部と非照射部との界面近傍の屈折率の変化率が急峻な光伝搬層パターンを形成するものである。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載の構成に加え、マスクを透明層の表面に形成した後で、レーザビームを集光、照射してもよい。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２に記載の構成に加え、透明層の表面にフォトブリーチング用ポリマ層を形成し、フォトブリーチング用ポリマ層に形状が光伝搬層パターンとほぼ同一となるように紫外線を照射して屈折率を低くすることによって、マスクを形成してもよい。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１に記載の構成に加え、マスクを透明層の上に配置してレーザビームを集光、照射してもよい。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項４に記載の構成に加え、マスクとしてガラス板に光透過部の形状が光伝搬層パターンとほぼ同一のＣｒパターンが形成されたフォトマスクを用いてもよい。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の構成に加え、透明層として厚さが１５μｍ〜１００μｍの範囲のものを用いるのが好ましい。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の構成に加え、透明層を１０００℃〜１２５０℃の範囲で熱処理した後で光伝搬層パターンを形成するのが好ましい。
【００１８】
請求項１の発明によれば、所望の光信号用の光伝搬層パターンが形成されたマスクパターンを透明層の表面に設け、そのマスクパターンを介してレーザビームを透明層中に集光、照射するので、所望幅を有する光伝搬層の照射部と非照射部との界面近傍の屈折率の変化率が急峻な構造とすることができる。すなわち、マスクパターン上でのレーザビームスポット径をマスクパターン幅よりも大きくすることによって、マスクパターン内のレーザビームのエネルギー分布をほぼ一様にし、レーザビームの揺らぎや透明層の移動速度変動等の不安定要因が光伝搬層パターン形状及び屈折率分布を乱さないようにすることが可能となる。また、光伝搬層（「光伝播層」とも言う。）の幅方向の光の閉じ込めが厚さ方向の光の閉じ込めより強くなり、光伝搬層の側面の光散乱損失を小さくすることができるので、曲率半径の小さい曲線部での光散乱損失を減少させることができる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、マスク用の膜を透明層の表面に形成した後でフォトリソグラフィ、エッチング工程を経てパターニングしておけば、透明層中に高寸法精度で光伝搬層を形成することが可能となる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、マスクにフォトブリーチング用ポリマ層を用いることにより、透明層の表面へのポリマ層の形成（ポリマ層の溶液の塗布、ベーキングにより形成）後、フォトマスクを介してポリマ層への紫外線照射により、光伝搬層と形状がほぼ同一のマスクを透明層上に形成することが容易となる。このマスクは、レーザビームが通過する領域と遮断される領域のいずれの表面もほぼ同一の平坦な面であるので、照射部と非照射部との界面におけるレーザビームの不要な乱反射による乱れをなくすことができる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、マスクを何回でも使用してほぼ同一パターン形状の光導波路を製造することができ、低コスト化に寄与することができる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、Ｃｒ領域では超短パルスレーザビームを反射し、そのレーザビーム外周部をＣｒ領域で遮断して急峻なパワー分布のレーザビームを透明層の内部に集光させ、Ｃｒの無い領域、すなわち、光伝搬層パターンでは超短パルスレーザビームのパワーの８０〜９０％を通過させて透明層の内部に集光させ、急峻な屈折率分布を実現することが可能となる。この場合、マスク表面が平坦な面であるので、透明層に照射されるレーザビームの不要な乱反射による乱れを抑えることができる。
【００２３】
請求項６の発明によれば、透明層の厚さが１５μｍ〜１００μｍの範囲であるので、フォトマスクを介して透明層の中に焦点距離の短いレンズを用いてレーザビームを集光、照射することが可能となり、フォトマスクによってレーザビームの外周部のパワーを遮断することができ、照射部と非照射部との界面近傍の屈折率の変化率を急峻にすることができる。また、透明層の中にフォトマスクパターンとほぼ同一形状で擬似的にステップに近い屈折率分布を有するシングルモード伝搬用の光伝搬層を形成することができるので、シングルモード光導波路及びそれを用いた光信号処理回路のパターンを描画することができる。
【００２４】
請求項７の発明によれば、透明層を１０００℃〜１２５０℃の範囲で熱処理することにより、レーザビーム照射により形成した光伝搬層だけでなく、非照射部の緻密度を高くするができるので、長期的に安定な光学特性を有する光導波路及びそれを用いた光信号処理回路を実現することができる。すなわち、高密度な層を形成することができるので、外部からＯＨイオンの進入を阻止することができ、また温度変化に対し安定した光学特性を得ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２６】
図１（ａ）〜（ｄ）は本発明の光導波路の製造方法の一実施の形態を示す工程図である。
【００２７】
基板４の表面に透明層１をＣＶＤ法、スパッタリング法等により形成した後で１０００℃から２５０℃の範囲で熱処理を行う。ついでその透明層１の上にフォトブリーチング用ポリマ層３を形成する。このポリマ層３は、有機溶媒に溶けたフォトブリーチング用ポリマ溶液をスピンコーティング法により透明層１上に塗布し、その後２５０℃〜３５０℃の範囲で熱処理することにより得られる。
【００２８】
フォトブリーチング用ポリマ溶液としては、有機溶媒に溶けたポリシラン化合物にシリコーン化合物を添加したもの、ニトロンを添加したシリコーン化合物等を用いることができる（図１（ａ））。
【００２９】
次にフォトブリーチング用ポリマ層３の上にフォトマスク７を配置し、そのフォトマスク７の上から紫外線光８を照射してフォトブリーチング用ポリマ層３を露光する。尚、フォトマスク７の７ａは透過領域であり、７ｂは遮断領域である（図１（ｂ））。
【００３０】
フォトブリーチング用ポリマ層３の紫外線光の照射された領域３ａは、感光して屈折率が低下すると共に透明に変化し、図１（ｃ）に示す光伝搬層２とほぼ同一形状のパターンとなる。フォトブリーチング用ポリマ層３の紫外線光８の照射されなかった領域３ｂは屈折率が低下しない領域のままである。
【００３１】
フォトブリーチング用ポリマ層３からなるマスク３ａ、３ｂの上から超短パルスレーザビーム９−１をレンズ１０を介して集光し、その集光したレーザビーム９−２を透明層１内に照射し、透明層１内に高屈折率の光伝搬層２のパターンを描画する。
【００３２】
ここで、超短パルスレーザビーム９−１には波長が７００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲でパルス幅が２００ｆｓ以下、繰り返し周波数が５０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの範囲、平均出力が１００ｍＷの範囲のものを用いる（図１（ｃ））。
【００３３】
以上の工程により図１（ｄ）に示すような光導波路が得られる。
【００３４】
この方法の特徴は、フォトブリーチング用ポリマ層３からなるマスク３ａ、３ｂを用いることにより、透明層１の表面へのフォトブリーチング用ポリマ層３の形成（フォトブリーチング用ポリマ層の塗布、ベーキングにより形成）後、フォトマスク７を介してフォトブリーチング用ポリマ層３への紫外線光の照射により、容易に光伝搬層とほぼ同一形状のマスク３ａ、３ｂを透明層１の表面にパターニングすることができる。このマスク３ａ、３ｂのうちマスク３ａはレーザビーム９−２が通過する領域３ａであり、マスク３ｂはレーザビーム９−２を遮断する領域３ｂであり、いずれの領域３ａ、３ｂの表面はほぼ同一の平坦な面であるので、レーザビーム９−２の照射部と非照射部との界面でのレーザビーム９−２の不要な乱反射による乱れを無くすことができる点に特徴がある。
【００３５】
図２（ａ）〜（ｃ）は本発明の光導波路の製造方法の他の実施の形態を示す工程図である。
【００３６】
図１（ａ）〜（ｄ）に示した製造方法との相違点は、フォトマスクを用いた点である。
【００３７】
基板４の表面に透明層１を形成する（図２（ａ））。
【００３８】
透明層１の上にＷＳｉ膜１１を形成する。そのＷＳｉ膜１１の上にフォトレジスト膜（図示せず。）を塗布し、アニール後にフォトマスク（図示せず。）を配置し、フォトレジスト膜をパターニングし、所望の光伝搬層パターンとほぼ同一形状のパターンを形成する。その後、フォトレジストパターンをマスクにしてＷＳｉ膜１１をドライエッチングプロセスによりエッチングしてパターン化する。
【００３９】
次にＷＳｉ膜パターン１１ａ、１１ｂの上から超短パルスレーザビーム９−１をレンズ１０を通して透明層１内に集光、照射することにより（図２（ｂ））、図２（ｃ）に示すような光伝搬層２を有する光導波路が得られる。
【００４０】
ＷＳｉ膜１１のパターン１１ｂは、超短パルスレーザビーム９−２を反射する材料であり、かつ透明層１上に密着性よく成膜することができる。また、厚い透明層をＷＳｉ膜１１でドライエッチングする際にも大きなエッチング選択比を得ることができる。なお、図２（ｂ）に示したＷＳｉ膜パターン１１ａ、１１ｂの代わりに、ガラス板上にＣｒ膜でパターン化されたフォトマスクを透明層１の表面上に配置し、レーザビーム９−２を照射して光伝搬層２を形成してもよい。この場合にはＣｒ領域部では超短パルスレーザビーム９−２を反射し、そのレーザビーム９−２の外周部をこのＣｒ領域部で遮断して急峻なパワー分布のレーザビーム９−２を透明層１内に集光させ、Ｃｒの無い領域部、すなわち、光伝搬層パターン部では超短パルスレーザビーム９−２の８０％〜９０％を通過させて透明層１の内部に集光させ、急峻な屈折率分布を実現することができる。この場合もマスク表面が平坦な面であるので、照射するレーザビーム９−２の不要な乱反射による乱れを抑えることができる。
【００４１】
図３（ａ）は本発明の光導波路の製造方法を適用した光導波路の一実施の形態を示す側面断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の３ｂ−３ｂ線断面内の屈折率分布を示す図である。図３（ｂ）において、横軸は位置を示し、縦軸は屈折率を示す。
【００４２】
透明層１にはＳｉＯ２、あるいはＳｉＯ２にＧｅ、Ｐ、Ａｌ、Ｔａ、Ｓｂ等の屈折率制御用ドーパントを少なくとも１種類添加して屈折率を低下させたものを用いる。特に、図３（ｂ）に示すような光伝搬層内の屈折率分布、すなわち、擬似的にステップ状に近い高屈折率の分布特性を実現するためには、上記ドーパントを１種類だけ高濃度（１５モル％以上）に添加するか、２種類のドーパントをそれぞれ８モル％以上添加するのが好ましい。
【００４３】
図３（ａ）、（ｂ）において、偏波依存損失を低くするためには、光伝搬層２は透明層１の厚さのほぼ中心の位置に形成するのが好ましい。図３（ｂ）に示すように３ｂ−３ｂ線断面内での屈折率分布を急峻にすることにより、レーザビームのパワーの揺らぎや図示しない移動装置（透明層１もしくはレーザビームを相対移動させる装置）の不連続な変動による光伝搬層２の界面の構造の乱れによる光散乱損失を減少させることができる。
【００４４】
透明層１の厚さは、１５μｍ〜１００μｍの範囲にあり、光伝搬層２の構造は、シングルモード伝搬用のサイズ（３μｍ〜８μｍ）、透明層１と光伝搬層２との比屈折率差Δ（０．８％〜３％の範囲）となるように選ばれる。
【００４５】
図４（ａ）は本発明の光導波路の製造方法を適用した光導波路の他の実施の形態を示す側面断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の４ｂ−４ｂ線断面内の屈折率分布を示す図である。図４（ｂ）において、横軸は位置を示し、縦軸は屈折率を示す。
【００４６】
透明層１の表面にはフォトブリーチング用ポリマ層（厚さ０．５μｍ〜５μｍ）３からなる平坦なレーザマスクパターン３ａ、３ｂが形成されている。３ｂは紫外線の照射されていない領域であり、３ａは紫外線が照射されて透明な層に変化した低屈折率（屈折率変化は紫外線照射量に依存するが、通常、３％程度の値を実現することができる。）層である。ポリマ層３のレーザマスクパターン３ａ、３ｂはその上にフォトマスク（図示せず。）を配置して紫外線光を照射することによって形成したパターンである。光伝搬層２はこのレーザマスクパターン３ａ、３ｂを介してレーザビーム９−２（図２（ｂ）参照）を照射することによって形成される。フォトブリーチング用ポリマ層３は、照射するレーザビーム９−２の波長（７００ｎｍ〜９００ｎｍ）に対してはほぼ吸収層として作用する。このマスク表面は３ａ、３ｂ共にほぼ平坦な面であるので、その境界領域でのレーザビーム９−２の不要な乱反射による乱れを吸収することができる。
【００４７】
図５（ａ）は本発明の光導波路の製造方法を適用した光導波路の他の実施の形態を示す側面断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の５ｂ−５ｂ線断面内の屈折率分布を示す図である。図５（ｂ）において、横軸は位置を示し、縦軸は屈折率を示す。
【００４８】
この光導波路は、透明層１を基板４の表面に形成したものである。この基板４にはガラス、半導体、強誘電体等の材料を用いることができる。このように透明層１を基板４上に形成し、少なくとも１０００℃よりも高い温度で熱処理を行うようにすることにより、レーザビーム９−２（図２（ｂ）参照）の照射により形成した光伝搬層２だけでなく、レーザビーム９−２が照射されない部分の緻密度も高くすることができるので、長期的に安定な光学特性を有する光導波路及びそれを用いた光信号処理回路を実現することができる。すなわち、この光導波路は、高密度な層であるので、外部からのＯＨイオンの進入を阻止することができ、また温度安定性に優れた光学特性も期待できる。
【００４９】
なお、フォトブリーチング用ポリマ層３は、熱処理後の低温状態で形成される。
【００５０】
図６（ａ）は本発明の光導波路の製造方法を適用した光導波路の他の実施の形態を示す側面断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の６ｂ−６ｂ線断面内の屈折率分布を示す図である。図６（ｂ）において、横軸は屈折率を示し、縦軸は位置を示す。
【００５１】
この光導波路は透明層１と基板４との間に透明層１よりも屈折率の低い低屈折率層５−１を設け、透明層１とマスク３ａ、３ｂとの間にも低屈折率層５−１と同様な低屈折率層５−２を設けたものである。低屈折率層５−１、５−２は光伝搬層２の厚さ方向の光の閉じ込め性を向上させるために設けたものであり、例えばＳｉＯ２にＦやＢを添加した層が用いられる。
【００５２】
図７（ａ）は本発明の光導波路の製造方法を適用した光導波路の他の実施の形態を示す側面断面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の７ｂ−７ｂ線断面内の屈折率分布を示す図であり、図７（ｃ）は図７（ａ）の７ｃ−７ｃ線断面内の屈折率分布を示す図である。図７（ｂ）において、横軸は屈折率を示し、縦軸は位置を示す。図７（ｃ）において、横軸は位置を示し、縦軸は屈折率を示す。
【００５３】
この光導波路は、透明層１をほぼ矩形断面形状に形成し、その側面を透明層１よりも屈折率の低い層６−１、６−２で挟み、上下面を透明層１よりも屈折率の低い層５−１、５−２で挟んだ構造となっている。このようにほぼ矩形断面形状の透明層１の周囲を透明層１よりも屈折率の低い層５−１、５−２、６−１、６−２で囲むことにより、偏光依存性が少なく、光の閉じ込め性に優れた光導波路を得ることができる。
【００５４】
図３（ａ）、（ｂ）〜図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、透明層１及び基板４に形成された透明層１は１０００℃〜１２５０℃で熱処理されているのが好ましい。すなわち、上記温度で熱処理することにより、レーザビーム９−２の照射により形成した光伝搬層２だけでなく、非照射部の緻密度も高くすることができるので、長期的に安定した光学特性を有する光導波路及びそれを用いた光信号処理回路を期待することができる。すなわち、これらの光導波路は、高密度な層からなるので、外部からＯＨイオンの進入を阻止することができ、また温度変化に対して安定した光学特性を期待することができる。
【００５５】
本発明の光導波路を用いて、従来、知られているような光方向性結合器、光Ｙ分岐回路、リング共振器、光フィルタ回路、光スイッチ回路等を構成してもよい。また、光伝搬層として、直線状パターン、曲線状パターンもしくはこれらの組み合わせパターンを用いて上記以外の光信号処理回路を構成してもよい。
【００５６】
図６（ａ）、（ｂ）、図７（ａ）〜（ｃ）において、屈折率制御用添加物を少なくとも１種類含んだ低屈折率の透明層１の材質は少なくとも１層よりも多く積層しておき、各透明層１内に光伝搬層２を形成してもよい。このようにすることにより、より一層の高集積化を図ることができ、多機能化も期待できる。
【００５７】
超短パルスレーザビームの波長も８００ｎｍ以外に、７００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲から選ぶことができる。
【００５８】
また、屈折率制御用添加物を少なくとも１種類含んだ透明層の材質として、ポリマ材料を用いてもよく、例えばポリイミド、ポリシラン、シリコーン、エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００５９】
以上において、本発明は、以下のような効果を有している。
【００６０】
（１）請求項１の発明によれば、所望の光信号用の光伝搬層パターンが形成されたマスクパターンを透明層の表面に設け、そのマスクパターンを介してレーザビームを透明層中に集光、照射するので、所望幅を有する光伝搬層の照射部と非照射部との界面近傍の屈折率の変化率が急峻な構造とすることができる。すなわち、マスクパターン上でのレーザビームスポット径をマスクパターン幅よりも大きくすることによって、マスクパターン内のレーザビームのエネルギー分布をほぼ一様にし、レーザビームの揺らぎや透明層の移動速度変動等の不安定要因が光伝搬層パターン形状及び屈折率分布を乱さないようにすることが可能となる。また、光伝搬層の幅方向の光の閉じ込めが厚さ方向の光の閉じ込めより強くなり、光伝搬層の側面の光散乱損失を小さくすることができるので、曲率半径の小さい曲線部での光散乱損失を減少させることができる。
【００６１】
（２）請求項２の発明によれば、マスク用の膜を透明層の表面に形成した後でフォトリソグラフィ、エッチング工程を経てパターニングしておけば、透明層中に高寸法精度で光伝搬層を形成することが可能となる。
【００６２】
（３）請求項３の発明によれば、マスクにフォトブリーチング用ポリマ層を用いることにより、透明層の表面へのポリマ層の形成（ポリマ層の溶液の塗布、ベーキングにより形成）後、フォトマスクを介してポリマ層への紫外線照射により、光伝搬層と形状がほぼ同一のマスクを透明層上に形成することが容易となる。このマスクは、レーザビームが通過する領域と遮断される領域のいずれの表面もほぼ同一の平坦な面であるので、照射部と非照射部との界面におけるレーザビームの不要な乱反射による乱れをなくすことができる。
【００６３】
（４）請求項４の発明によれば、マスクを何回でも使用してほぼ同一パターン形状の光導波路を製造することができ、低コスト化に寄与することができる。
【００６４】
（５）請求項５の発明によれば、Ｃｒ領域では超短パルスレーザビームを反射し、そのレーザビーム外周部をＣｒ領域で遮断して急峻なパワー分布のレーザビームを透明層の内部に集光させ、Ｃｒの無い領域、すなわち、光伝搬層パターンでは超短パルスレーザビームのパワーの８０〜９０％を通過させて透明層の内部に集光させ、急峻な屈折率分布を実現することが可能となる。この場合、マスク表面が平坦な面であるので、透明層に照射されるレーザビームの不要な乱反射による乱れを抑えることができる。
【００６５】
（６）請求項６の発明によれば、透明層の厚さが１５μｍ〜１００μｍの範囲であるので、フォトマスクを介して透明層の中に焦点距離の短いレンズを用いてレーザビームを集光、照射することが可能となり、フォトマスクによってレーザビームの外周部のパワーを遮断することができ、照射部と非照射部との界面近傍の屈折率の変化率を急峻にすることができる。また、透明層の中にフォトマスクパターンとほぼ同一形状で擬似的にステップに近い屈折率分布を有するシングルモード伝搬用の光伝搬層を形成することができるので、シングルモード光導波路及びそれを用いた光信号処理回路のパターンを描画することができる。
【００６６】
（７）請求項７の発明によれば、透明層を１０００℃〜１２５０℃の範囲で熱処理することにより、レーザビーム照射により形成した光伝搬層だけでなく、非照射部の緻密度を高くすることができるので、長期的に安定な光学特性を有する光導波路及びそれを用いた光信号処理回路を実現することができる。すなわち、高密度な層を形成することができるので、外部からＯＨイオンの進入を阻止することができ、また温度変化に対し安定した光学特性を得ることができる。
【００６７】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、低損失な光導波路の製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の光導波路の製造方法の一実施の形態を示す工程図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の光導波路の製造方法の他の実施の形態を示す工程図である。
【図３】（ａ）は本発明の光導波路の製造方法を適用した光導波路の一実施の形態を示す側面断面図であり、（ｂ）は（ａ）の３ｂ−３ｂ線断面内の屈折率分布を示す図である。
【図４】（ａ）は本発明の光導波路の製造方法を適用した光導波路の他の実施の形態を示す側面断面図であり、（ｂ）は（ａ）の４ｂ−４ｂ線断面内の屈折率分布を示す図である。
【図５】（ａ）は本発明の光導波路の製造方法を適用した光導波路の他の実施の形態を示す側面断面図であり、（ｂ）は（ａ）の５ｂ−５ｂ線断面内の屈折率分布を示す図である。
【図６】（ａ）は本発明の光導波路の製造方法を適用した光導波路の他の実施の形態を示す側面断面図であり、（ｂ）は（ａ）の６ｂ−６ｂ線断面内の屈折率分布を示す図である。
【図７】（ａ）は本発明の光導波路の製造方法を適用した光導波路の他の実施の形態を示す側面断面図であり、（ｂ）は（ａ）の７ｂ−７ｂ線断面内の屈折率分布を示す図であり、（ｃ）は（ａ）の７ｃ−７ｃ線断面内の屈折率分布を示す図である。
【図８】（ａ）は従来の光導波路の製造方法の説明図であり、（ｂ）は（ａ）に示した製造方法を適用した光導波路の側面図であり、（ｃ）は（ｂ）に示した光導波路の８ｃ−８ｃ線上の屈折率分布を示す図である。
【符号の説明】
１ 透明層
２ 光伝搬層
３ フォトブリーチング用ポリマ層
３ａ、３ｂ マスク
４ 基板
９−１、９−２ 超短パルスレーザビーム
Claims (7)
- 透明層中に、レーザビームを集光、照射して該レーザビームの照射部の屈折率を高くすることによって光伝搬層パターンを形成する光導波路の製造方法において、光透過部の形状が上記光伝搬層パターンとほぼ同一のマスクを介して上記レーザビームを上記透明層に集光、照射することにより、側面における上記レーザビームの照射部と非照射部との界面近傍の屈折率の変化率が急峻な光伝搬層パターンを形成することを特徴とする光導波路の製造方法。
- 上記マスクを上記透明層の表面に形成した後で、上記レーザビームを集光、照射する請求項１に記載の光導波路の製造方法。
- 上記透明層の表面にフォトブリーチング用ポリマ層を形成し、該フォトブリーチング用ポリマ層に形状が上記光伝搬層パターンとほぼ同一となるように紫外線を照射して屈折率を低くすることによって、上記マスクを形成する請求項２に記載の光導波路の製造方法。
- 上記マスクを上記透明層の上に配置して上記レーザビームを集光、照射する請求項１に記載の光導波路の製造方法。
- 上記マスクとしてガラス板に光透過部の形状が上記光伝搬層パターンとほぼ同一のＣｒパターンが形成されたフォトマスクを用いる請求項４に記載の光導波路の製造方法。
- 上記透明層として厚さが１５μｍ〜１００μｍの範囲のものを用いる請求項１から５のいずれかに記載の光導波路の製造方法。
- 上記透明層を１０００℃〜１２５０℃の範囲で熱処理した後で上記光伝搬層パターンを形成する請求項１から６のいずれかに記載の光導波路の製造方法。
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