JP2005092032A - 平面型光導波路の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 コア等の特性を劣化させることなく、コアの直線部と曲がり部とのクラッドに対する屈折率差を異ならせた高精細のパターンを形成する。また膜堆積方法としてＦＨＤ法に限らずＣＶＤ法等も適用可能とする。
【解決手段】 コア層３の曲がり部３ｄ及び３ｅとその周囲部分に金属膜Ｍ１を堆積し、続いて、コア層３を埋め込むように、第１の上部クラッド層４ａを堆積する。この堆積された第１の上部クラッド層４ａ上の、曲がり部３ｄ及び３ｅの上方を除いた部分に金属膜Ｍ２を堆積する。金属膜Ｍ２をマスクとして、第１の上部クラッド層４ａのうち、曲がり部３ｄ及び３ｅの上部の部分のみをエッチングする。金属マスクＭ１及びＭ２の除去後、第２の上部クラッド層４ｂを堆積する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、平面型光導波路の製造方法に関し、特に、直線部と曲がり部とを有するコア層における伝搬損失を低減することを可能にする製造方法に関するものである。

平面型光導波路は、シリコン等の基板上に下部クラッド層、コア層、上部クラッド層を順に形成して形成される。挿入損失の低減のためには、コア層とクラッド層の屈折率差を大きくしてコア層での光閉じ込めを強くすることが必要である。特に、コア層が、直線部の他、曲率を有する曲がり部を有する場合、この曲がり部での曲げ損失（bending loss）が大きくなり、挿入損失の増大を招く。曲がり部での曲率半径が小さくなるほど曲げ損失は大きくなるので、その分その曲がり部には大きな屈折率差を与える必要がある。なお、この明細書において、「曲がり部」とは、曲げ損失が無視できない程度に曲率が大きいコアの部分を意味し、「直線部」とは、一般的な意味の直線の形状を備えたコアの部分だけでなく、曲げ損失が無視できる程度に曲率が小さいコアの部分をも意味するものとする。

しかし、このような曲げ損失を低減するため、コア層とクラッド層の屈折率差を光導波路全体に亘って大きくすると、次のような問題が生じる。第１に、導波路中を伝搬する光のモードフィールド径（ＭＦＤ：Mode Field Diameter）が小さくなり、入出力用ファイバのＭＦＤの不整合が起こり、接続損失が大きくなる。第２に、屈折率差が大きくなるに従い、コアとクラッドの間の界面荒れによる散乱損が大きくなるため（散乱損は、屈折率差Δの２．５乗に比例して増加する）、屈折率差を大きくし過ぎると却って伝搬損失を低下させてしまう。
このため、小さな曲げ損失と小さな伝搬損失とを両立させることは困難であった。
第１の問題の解決手段として、高屈折率差導波路の入出力ポート部分にテーパを設けてＭＦＤを大きくして、接続先である光ファイバのＭＦＤとの整合をとり、これにより結合損失を小さくする方法が提案されている。しかし、この方法によっても、第２の問題である散乱による伝搬損失の問題は解決されない。

このような第１及び第２の問題を解決するものとして、コアの曲がり部における屈折率差を大きくし、光ファイバと接続されるコアの直線部での屈折率差を小さくすることにより、曲げ損失を小さく抑えつつ伝播損失も小さくする方法が、特許文献１、２及び３により知られている。特許文献１では、コア等の一部にＸ線を照射することにより、コア等の屈折率を直線部と曲がり部とで異なるものにしている。また、特許文献２では、コア等の一部に紫外線を照射して、屈折率を変化させている。また、特許文献３では、コアスート層等に部分的な温度変化を与え、これにより屈折率制御材の粗密を変化させている。

しかし、Ｘ線は人体に有害であるため、安全対策のためにＸ線源と処理対象としての平面型光導波路とを遮蔽する必要があり、装置が大掛かりなものになりがちである。また、紫外線の照射による方法は、コア等に複屈折を招来し（詳しくは非特許文献１を参照）、導波路の偏波特性、特に挿入損偏波依存性（ＰＤＬ：polarization-dependent loss）が大きく劣化し、光導波路の特性に悪影響を及ぼす。例えば、マッハツェンダ干渉計型光導波路の遅延アーム部に紫外線を照射した結果その遅延アーム部に複屈折が導入されると、次のような悪影響が生ずる。すなわち、導波路中を伝搬するＸ偏波とＹ偏波に対する光路長・干渉条件が異なってしまい、これにより、Ｘ偏波とＹ偏波とに対するマッハツェンダ干渉計の分岐比が異なってしまうことになる。

また、コアスート層等に部分的な温度変化を与える方法は、ガラススート層が多孔質状で断熱性が高いことから、スートの厚さが大きくなるに従って内部まで熱が伝わり難くなり、これにより均一な組成のガラススートを堆積することが困難になるという問題がある。均一な組成が得られない場合には、偏波特性の劣化等の問題が生じる。

また、特許文献４には、コア層の曲がり部に石英ガラス等からなるマスク材を載置し、火炎堆積法（ＦＨＤ法）によりこのマスク材及び下部クラッド層上にガラススート層による第１の上部クラッド層を形成した後、このマスク材を除去し、その後第１の上部クラッド層とは屈折率の異なる第２の上部クラッド層を形成することにより、コアの直線部と曲がり部とでクラッドに対する屈折率差が異なるようにした平面型光導波路の製造方法が記載されている。この方法は、大掛かりな設備を準備することなく、またコア等の特性を劣化させることなく、コアの直線部と曲がり部とのクラッドに対する屈折率差を異なるものとすることができるという利点がある。
特開平１１−３８２５３号公報（第４頁右欄、図４） 特開平１０−３３２９６５号公報（第４頁左欄、図４） 特開平５−３１９８４３号公報（第４頁左欄、図４） 特開平１１−３４４６３０号公報（第３頁右欄、図５〜図７等） T.meyer et al、"Birefringence writing and erasing in ultra-low birefringence fibers by polarized UV side-exposure : origin and application", OFS '96, We5-1

しかし、特許文献４の方法では、マスク材を除去する際、ガラススート層である第１の上部クラッド層が崩れやすく、このため高精細なパターンを形成することは困難である。また、ガラススート層を焼結させて透明ガラス化する際に、表面張力等によりガラススートが動いてしまい、これも高精細なパターンを形成することを困難にしている。また、この特許文献４の方法では、上部クラッド層の堆積のためにＦＨＤ法の代わりにＣＶＤ法や反応性スパッタリング法等を適用することが困難であるという問題がある。すなわち、ＣＶＤ法では堆積されるガラスはスートではなく透明ガラス体であり、この透明ガラス体がマスク材に固着してしまい、マスク材の除去が困難になる。また、マスクを除去する際に堆積したガラス層が割れやすくなるという問題がある。本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、高精細のパターンを形成することができ、膜堆積方法としてＦＨＤ法に限らずＣＶＤ法等も適用が可能な平面波光導波路の製造方法を提供することを目的とする。

本出願の第１の発明に係る平面型光導波路の製造方法は、下部クラッド層上に直線部と曲がり部を有するコア層を形成し、このコア層上に上部クラッド層を形成し、前記下部クラッド層、前記コア層及び前記上部クラッド層のいずれかは、少なくとも第１部分と第２部分との間で屈折率が異なるよう屈折率の異なる材質で形成される平面型光導波路の製造方法において、前記屈折率が異なるように形成される層は、前記第１部分を含む領域及び前記第２部分を含む領域のうちの一方をマスクするための第１のマスク材と、前記第１部分を含む領域及び前記第２部分を含む領域のうちの他方をマスクするための第２のマスク材とにより形成されることを特徴とする。

本出願の第２の発明に係る平面型光導波路の製造方法は、下部クラッド層上に直線部と曲がり部とを有するコア層を形成する工程と、
前記曲がり部とその付近の領域、及び前記直線部とその付近の領域のうちの一方に第１のマスク材を堆積する工程と、前記下部クラッド層及び前記コア層の上に第１の屈折率を有する第１の上部クラッド層を形成する工程と、前記第１のマスク材の上に堆積された前記第１の上部クラッド層を除去するための第２のマスク材を前記第１の上部クラッド層上に堆積する工程と、前記第２のマスク材をマスクとして前記第１の上部クラッド層を除去する工程と、前記第１及び第２のマスク材を除去する工程と、少なくとも前記第１の上部クラッド層が除去された領域に前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する第２の上部クラッド層を形成する工程とを備えたことを特徴とする。

本出願の第３の発明に係る平面型光導波路の製造方法は、下部クラッド層上に、第１の屈折率を有する第１の材料により第１のコア層を形成する工程と、第２のコア層が形成されるべき位置を除いた前記下部クラッド層上及び前記第１のコア層上に第１のマスク材を堆積する工程と、前記下部クラッド層上及び前記第１のコア層上に前記第１の屈折率と異なる第２の屈折率を有する第２の材料を堆積する工程と、前記第１のマスク材の上に堆積された前記第２の材料を除去するための第２のマスク材を堆積する工程と、前記第２のマスク材を利用して前記第２の材料を除去して第２のコア層を形成する工程と、前記第１及び第２のマスク材を除去し、その後前記下部クラッド層及び前記第１及び第２のコア層の上に上部クラッド層を形成する工程と
を備えたことを特徴とする。

本出願の第４の発明に係る平面型光導波路の製造方法は、下部クラッド層上に、第１の屈折率を有する第１の材料を堆積する工程と、第１の領域に堆積された前記第１の材料を除去して前記下部クラッド層を露出させるための第１のマスク材を堆積する工程と、前記第１のマスク材を利用して前記第１の材料を除去して前記第１の領域の前記下部クラッド層を露出させる工程と、前記第１の領域及び前記第１の材料上に前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する第２の材料を堆積する工程と、前記第１の領域を除く第２の領域に堆積された前記第２の材料を除去するための第２のマスク材を堆積する工程と、前記第２のマスク材を利用して前記第２の材料を除去する工程と、前記第１及び第２の材料のいずれか一方によりコア層の直線部が形成され、他方によりコア層の曲がり部が形成されるよう、前記第１及び第２の材料により前記コア層を形成する工程と、前記コア層上に上部クラッド層を形成する工程とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、コア等の特性を劣化させることなく、コアの直線部と曲がり部とのクラッドに対する屈折率差を異ならせた高精細のパターンを形成することができ、また、膜堆積方法としてＦＨＤ法に限らずＣＶＤ法等も適用が可能となる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態に係る平面型光導波路の製造方法を説明する。
図１はこの発明の第１の実施の形態により製造される平面型光導波路の斜視図である。この平面型導波路は、基板１に、石英ガラス（ＳｉＯ２）からなる下部クラッド層２、同じく石英ガラスからなるコア層３、及び同じく石英ガラスからなる上部クラッド層４とを積層して作られている。

コア層３は、端面形状を矩形として、直線部３ａ、３ｂ及び３ｃと、曲がり部３ｄ及び３ｅとを有するパターンに加工されている。このコア層３を覆う上部クラッド層４は、コア層３の直線部３ａ−３ｃに接触する第１の上部クラッド層４ａと、コア層３の曲がり部３ｄ及び３ｅに接触する第２の上部クラッド層４ｂとからなる。

第１の上部クラッド層４ａは、図１に示すように、コア層３の直線部３ａ−３ｃのみを覆っている。
図１に示すように、第２の上部クラッド層４ｂは、第１の上部クラッド層４ａの上に形成されている。第１の上部クラッド層４ａは、曲がり部３ｄ及び３ｅの部分に孔部５ｄ及び５ｅを備えており、この孔部５ｄ及び５ｅに第２の上部クラッド層４ｂの一部が形成される。このため、曲がり部３ｄ及び３ｅは第１の上部クラッド層４ａには接触せず、第２の上部クラッド層にのみ接触している。
下部クラッド層２、第１の上部クラッド層４ａ、及び第２の上部クラッド層４ｂに対して、コア層３の屈折率は相対的に大きく、これによりコア層３への光閉じ込めが行われる。

この実施の形態においては、コア層３の直線部３ａ、３ｂ及び３ｃを覆う第１の上部クラッド層４ａに対して、曲がり部３ｄ及び３ｅを覆う第２の上部クラッド層４ｂの屈折率が小さく設定されている。コア層３は、直線部３ａ、３ｂ及び３ｃ並びに曲がり部３ｄ及び３ｅを含む全体にわたって一定の屈折率である。従って、第１の上部クラッド層４ａとコア層３の間の屈折率差に対して、第２の上部クラッド層４ｂとコア層３の間の屈折率差の方が大きくされる。

コア層３及びクラッド層２及び４の屈折率は、例えば石英ガラス膜堆積時の不純物ドーピングにより制御される。例えば、屈折率を下げるには、堆積する石英ガラスにボロン（Ｂ）等をドープすればよく、屈折率を上げるには、堆積する石英ガラスにゲルマニウム（Ｇｅ）等をドープすればよい。この実施の形態では、上部クラッド層４ａに比べて、第２の上部クラッド層４ｂのボロン（Ｂ）ドープ量を多くすることにより、第２の上部クラッド層４ｂを低屈折率としている。
なお、これらのドーパントを添加すると、一般に、石英系ガラスの軟化点温度（及びガラス転移点温度）を低くすることができるので、上記の添加物を２種類以上同時に添加して屈折率と軟化点温度（又はガラス転移点温度）の両方を調整するようにしてもよい。

この実施の形態による平面型光導波路の製造工程を、図２及び図３を参照して説明する。図２は、コア層３の直線部３ａ−３ｃ、及び曲がり部３ｄ及び３ｅに特に着目した概念的な断面図である。また、図３は、製造の工程を示す斜視図である。

まず、図２（ａ）に示すように、シリコンを材料とする基板１に、火炎堆積法（ＦＨＤ法）、ＣＶＤ法等により石英ガラスからなる下部クラッド層２を形成し、さらにこのクラッド層２上にコア層３を形成するための石英ガラス膜を全面堆積する。その後フォトリソグラフィー及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりこの石英ガラス膜をパターニングして、直線部３ａ、３ｂ、３ｃと曲がり部３ｄ、３ｅを持つコア層３を形成する。ここでのフォトリソグラフィーのマスク材は、コア層３が石英ガラスで形成されていることから、多結晶シリコンやクロム（Ｃｒ）等の金属膜を用いる。金属膜をコア層３形成用の石英ガラス膜上に減圧ＣＶＤ法、スパッタリング又は真空蒸着法等を用いて堆積し、さらにこの金属膜上にレジストを塗布し、このレジストを所望のコア形状に露光・現像し、金属膜をエッチングする。金属膜のエッチングは、エッチング液によるウエットエッチングで行なってもよいし、エッチングガスを用いたドライエッチングで行ってもよい。なお、レジストの洗浄は、ウエットエッチングの場合は有機溶媒で行なわれることが多く、ドライエッチングの場合には酸素ガスを用いたアッシングにより行なうことが多いが、これ以外の方法によることもできる。
このようにしてエッチングされた金属膜をマスクとして、コア層３を形成する。
このエッチングは、ドライエッチングによるのが通常である。コア層３の形成後は、金属膜はエッチングにより除去される。このエッチングも、基板１や下部クラッド層２の汚損を防止するため、ドライエッチングによるのが好ましい。

下部クラッド層２は、シリコン基板１の表面を熱酸化することにより得られる石英ガラスにより形成するようにしてもよい。また、基板１は、シリコンの代わりに、石英ガラスを材料としてもよい。この場合にも、下部クラッド層２は、ＦＨＤ法やＣＶＤ法等により形成することができるが、基板１自体を下部クラッド層として用いることもでき、この場合には下部クラッド層２の堆積は不要となる。また、セラミック、金属、多成分ガラス等により基板１を形成してもよい。
なお、下部クラッド層２の屈折率は、純粋石英と同じ値になるよう調整するのが通常であるが、必要に応じてこれより高い値又は低い値にすることも可能である。

上述のように、コア層３は、不純物ドーピング制御により、下部クラッド層２に比べて屈折率を高く設定される。具体的にこの実施の形態では、下部クラッド層２とコア層３の屈折率差Δ１を、Δ１＝０．３％とした。

次に、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示すように、コア層３のうち曲がり部３ｄ及び３ｅとその周囲部分にマスク材としての金属膜Ｍ１を堆積する。金属膜Ｍ１の堆積には、上記のコア層３の形成時と同様に、減圧ＣＶＤ法、スパッタリング、真空蒸着法等を用いることができる。金属膜Ｍ１は、上記と同様に、多結晶シリコンやクロム（Ｃｒ）等を用いることができる。図３（ｂ）に示すように、曲がり部３ｄ及び３ｅとその周囲部分にのみに金属膜Ｍ１を堆積するには、まず、金属膜を下部クラッド層２及びコア層３の全面に堆積し、その後、この上にレジストを塗布し、続いて、露光・現像工程により、曲がり部３ｄ及び３ｅ以外の部分のレジストを除去する。このレジストをマスク材として金属膜をエッチング（ドライエッチングでも、ウエットエッチングでもよい）し、金属膜Ｍ１を曲がり部３ｄ及び３ｅとその周囲部分にのみに堆積する。

続いて、図２（ｃ）及び図３（ｃ）に示すように、コア層３を埋め込むように、第１の上部クラッド層４ａを、ＦＨＤ法やＣＶＤ法等により堆積する。ここでは、第１の上部クラッド層４ａとコア層３との屈折率差Δ２を、Δ１と等しく、Δ２＝０．３％とした。
曲がり部３ｄ及び３ｅを保護する金属膜Ｍ１は、減圧ＣＶＤ法、スパッタリング、真空蒸着法等により堆積されるので、ＦＨＤ法により第１の上部クラッド層４ａを堆積したとしても、金属膜Ｍ１が、スートとして堆積された第１の上部クラッド層４ａの表面張力等により動いてしまうというようなことは生じない。これにより、本実施の形態では、高精細な上部クラッド層パターンの生成が可能となっている。

次に図２（ｄ）及び図３（ｄ）に示すように、この堆積された第１の上部クラッド層４ａ上の、曲がり部３ｄ及び３ｅの上方を除いた部分に、マスク材としての金属膜Ｍ２を堆積する。すなわち、上方から見ると、金属膜Ｍ１が形成されている領域には金属膜Ｍ２は形成されておらず、また、金属膜Ｍ１が形成されている領域には金属膜Ｍ１は形成されていない。

次に図２（ｅ）及び図３（ｅ）に示すようにこの金属膜Ｍ２をマスクとして、第１の上部クラッド層４ａのうち、曲がり部３ｄ及び３ｅの上部の部分のみを反応性イオンエッチング等によりエッチングして孔部５ｄ、５ｅを形成する。反応性イオンエッチングを利用することにより、第１の上部クラッド層４ａのうち、不要な部分のみを的確に除去して孔部５ｄ、５ｅを形成することができ、これにより、高精細な上部クラッド層４のパターンの形成が可能となっている。また、この孔部５ｄ及び５ｅ形成の際には、金属膜Ｍ１がエッチングのストッパとして機能するので、曲がり部３ｄ及び３ｅが損傷することはない。
その後、図２（ｆ）及び図３（ｆ）に示すように、フォトリソグラフィーと反応性イオンエッチングにより金属マスクＭ１及びＭ２を除去し、さらに、図２（ｇ）及び図３（ｇ）に示すように、第２の上部クラッド層４ｂを堆積することにより、図１に示す構造の平面型光導波路が完成する。この第２の上部クラッド層４ｂは、第１の上部クラッド層４ａよりも、屈折率が低く、コア層３との間の屈折率差Δ３＝０．６％とする。これにより、コア層３の曲がり部分３ｄ及び３ｅにおける曲げ損失を低減することができる。金属膜Ｍ１、Ｍ２の除去は、フォトリソグラフィーと反応性イオンエッチングにより行なう。エッチング条件等を適切に設定することにより、金属膜Ｍ１の下のコア層３の損傷は最小限に抑えることができ、これにより、高精細なパターンの製造が可能になっている。

図４は、上記第１の実施の形態の変形例を示している。上記実施の形態では、コア層３の曲がり部３ｄ及び３ｅ上とその周囲部分に金属膜Ｍ１を堆積し、その上に第１の上部クラッド層４ａを堆積し、さらにこの上部クラッド層４ａ上の、金属膜Ｍ１が形成される領域以外に金属膜Ｍ２を堆積するようにしていた。これに対し、図４に示す変形例では、コア層３を形成した後（同図（ａ））、同図（ｂ）に示すように、下部クラッド層２上のうち曲がり部３ｄ及び３ｅ上とその周囲部分を除いた領域と、コア層３の直線部３ａ−３ｃ上に金属膜Ｍ１´を堆積する。また、コア層３及び下部クラッド層２上に堆積された第１の上部クラッド層４ａ´（同図（ｃ）参照）の上では、この金属膜Ｍ１´を除いた領域に、金属膜Ｍ２´を堆積する（同図（ｄ））。そして、この金属膜Ｍ２´をマスクとして、第１の上部クラッド層４ａ´を曲がり部３ｄ、３ｅ付近を残して除去し（同図（ｅ））、その上に上部クラッド層４ｂ´を形成する（同図（ｂ））。ここでは、第２の上部クラッド層４ｂ´の屈折率を、第１の上部クラッド層４ａ´の屈折率よりも大きくする。

次に、本発明の第２の実施の形態を、図５乃至図７を参照して説明する。この実施の形態では、クラッド層の屈折率を変化させる代わりに、図５に示すように、コア層３を形成する直線部３ａ−３ｃの屈折率と、曲がり部３ｄ及び３ｅの屈折率とを異ならせ、これにより、曲がり部３ｄ及び３ｅでの曲げ損失を少なくしている。

次に、この図５に示すような平面型光導波路の製造方法を、図６及び図７に基づいて説明する。図６は、コア層３の直線部３ａ−３ｃ、及び曲がり部３ｄ及び３ｅに特に着目した概念的な断面図である。また、図７は、製造の工程を示す斜視図である。

まず、図６（ａ）及び図７（ａ）に示すように、基板１上に形成された下部クラッド層２の上に、フォトリソグラフィー及び反応性イオンエッチングにより、コア層３のうち直線部３ａ−３ｃのみを形成する。直線部３ａ−３ｃの屈折率は、下部クラッド層２に比べ、例えば０．３％程度高く設定される。
次に、図６（ｂ）及び図７（ｂ）に示すように、この直線部３ａ−３ｃの上と、曲がり部３ｄ及び３ｅが形成されるべき位置を除いた下部クラッド層２の上に金属膜Ｍ３を形成する。
次に、図６（ｃ）及び図７（ｃ）に示すように、この金属膜Ｍ３を介して、下部クラッド層２上に、曲がり部３ｄ及び３ｅの形成材料とするための石英ガラス膜３０を形成する。この石英ガラス膜３０は、図６（ｃ）に示すように、直線部３ａ−３ｃの部分が他の部分より盛り上がった形で堆積する。直線部３ａ−３ｃと、曲がり部３ｄ及び３ｅが同じ高さとなるよう、石英ガラス膜３０の厚さが調整される。この石英ガラス膜３０の屈折率は、直線部３ａ−３ｃの屈折率よりも、例えば０．３％程度高く設定される。

次に、図６（ｄ）及び図７（ｄ）に示すように、この石英ガラス膜３０上の、曲がり部３ｄ及び３ｅに対応する位置に、金属膜Ｍ４を形成する。そして、この金属膜Ｍ４をマスクとして石英ガラス膜３０を除去して、曲がり部３ｄ及び３ｅを形成し、金属膜Ｍ３及びＭ４を除去した後（図６（ｅ）及び図７（ｅ）参照）、上部クラッド層４を堆積する（図６（ｆ）及び図７（ｆ））。上部クラッド層４の屈折率は、第１の実施の形態と同様、直線部３ａ−３ｃの屈折率と比べても、例えば０．３％程度低く設定される。以上により、図５に示す平面型光導波路が完成する。

図８は、上記第２の実施の形態の変形例を示している。図６及び図７では、コア層３の直線部３ａ−３ｃを先に形成し、後から曲がり部３ｄ及び３ｅを形成するようにしていた。この代わりに、図８に示すように、曲がり部３ｄ及び３ｅを先に形成し、後から直線部３ａ−３ｃを形成するようにしてもよい。すなわち、下部クラッド層２上にまず曲がり部３ｄ及び３ｅを先に形成し（同図（ａ））、この曲がり部３ｄ及び３ｅ上、及び下部クラッド層２上の直線部３ａ−３ｃを除く部分に金属膜Ｍ３´を形成する（同図（ｂ））。次に下部クラッド層２上に、この金属膜Ｍ３´を挟んで、直線部３ａ−３ｃを形成するための石英ガラス膜３１を形成する（同図（ｃ））。この石英ガラス膜３１は、曲がり部３ｄ及び３ｅの屈折率よりも、例えば０．３％程度低く設定される。
続いて、この石英ガラス膜３１上の、直線部３ａ−３ｃが形成される位置に、金属膜Ｍ４´を堆積し（同図（ｄ））、この金属膜Ｍ４´をマスクとして石英ガラス膜３１を除去し、直線部３ａ−３ｃを形成する（同図（ｅ））。そして、金属膜Ｍ３´及びＭ４´を除去した後、上部クラッド層４を堆積することにより（同図（ｆ））、図５に示す平面型光導波路が完成する。

図９は、上記第２の実施の形態の別の変形例を示している。すなわち、図６乃至図８では、コア層３の直線部３ａ−３ｃの形成と、曲がり部３ｄ及び３ｅの形成とを別工程として実行しているが、図９に示すように、直線部３ａ−３ｃと、曲がり部３ｄ及び３ｅとを一括で形成するようにしてもよい。すなわち、下部クラッド層２上に、直線部３ａ−３ｃを形成するための石英ガラス膜３２を形成し（同図（ａ））、この石英ガラス膜３２上に、曲がり部３ｄ及び３ｅを形成する位置の周辺位置を除き金属膜Ｍ５を堆積する（同図（ｂ））。

そして、この金属膜Ｍ５をマスクとして、石英ガラス膜３２の、曲がり部３ｄ及び３ｅの形成位置とその周辺位置の部分を除去して下部クラッド層２を露出させる（同図（ｃ））。続いて、金属膜Ｍ５の除去後（除去せずそのまま残しておくことも可能である）、曲がり部３ｄ及び３ｅの形成位置に露出された下部クラッド層２上及び石英ガラス膜３２上に、曲がり部３ｄ及び３ｅを形成するための石英ガラス膜３３を形成し、この石英ガラス膜３３上の曲がり部３ｄ及び３ｅの形成位置に金属膜Ｍ６を堆積する（同図（ｄ））。そして、この金属膜Ｍ６をマスクとして石英ガラス膜３３を除去し、図９（ｅ）に示すように、曲がり部３ｄ及び３ｅの形成位置とその周辺位置に石英ガラス膜３３が残り、その他の部分は石英ガラス膜３２が露出された形とする。このような石英ガラス膜３２及び３３を、フォトリソグラフィーと反応性イオンエッチングにより、コア層３の形に形成した後（同図（ｆ））、この上に上部クラッド層４を堆積することにより（同図（ｇ））、図５に示す構造を有する平面型光導波路が完成する。
なお、図１０（ａ）〜（ｇ）に示すように、曲がり部３ｄ及び３ｅを形成するための石英ガラス膜３４を、マスクＭ５´を利用して先に形成し、後から直線部３ａ−３ｃを形成するための石英ガラス膜３５をマスクＭ６´を利用して形成するようにしてもよい。

また、図９においては、マスク材としての金属膜Ｍ６を利用して石英ガラス膜３３を除去しているが、金属膜Ｍ６の堆積は省略し、石英ガラス膜３２上に堆積された石英ガラス膜３３の不要部分は、ＣＭＰ等による研磨で除去するようにしてもよい（図１１参照）。この場合には、石英ガラス膜３２自体が金属膜Ｍ６の役割を果たすことになる。

以上、発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図２乃至４に示す方法のように上部クラッド層の屈折率差を変化させる代わりに、下部クラッド層の屈折率差を変化させるようにしてもよい。このような下部クラッド層は、曲がり部３ｄ及び３ｅの下部付近のみを覆う金属膜と、曲がり部３ｄ及び３ｅの下部付近以外の部分を覆う金属膜との２種類の金属膜を使用して、上部クラッド層の場合と同様に作成することができる。

また、１つの平面型光導波路中に、コアの曲がり部が複数存在し、その曲率がそれぞれ異なっている場合において、各曲がり部間においても、その曲率の大きさに応じて屈折率を大きくしてもよい。
図１２（ａ）〜（ｈ）は、曲がり部３ｄと３ｅとで曲率が異なっている場合に、前者と上部クラッド層４（４ｂ）との間の屈折率差を、後者と上部クラッド層４（４ｃ）との間の屈折率差とは異ならせる製造工程を示している。図１２（ｄ）に示すように、曲がり部３ｄとその周辺上の第１の上部クラッド層４ａをエッチングするため、金属膜Ｍ７が堆積される。金属膜Ｍ７は、曲がり部３ｄ上に堆積される金属膜Ｍ１''と形成領域が重複しないようにされ、これにより、曲がり部３ｄ上には、図１２（ｆ）に示すように、第１の上部クラッド層４ａよりも屈折率が低い第２の上部クラッド層４ｂが形成される。
また、図１２（ｇ）に示すように、曲がり部３ｅとその周辺上の第１の上部クラッド層４ａをエッチングするため、金属膜Ｍ８が堆積される。金属膜Ｍ８は、曲がり部３ｅ上に堆積される金属膜Ｍ１''とその形成領域が重複しないにようされ、これにより、曲がり部３ｅ上には、第１の上部クラッド層４ｂよりも更に屈折率が低い第３の上部クラッド層４ｃが形成される（図１２（ｈ））。
図１２では、上部クラッド層４の屈折率を、異なる曲率を有する曲がり部ごとに変化させたが、図５のようなコアの曲率を異ならせた平面型光導波路において、曲がり部３ｄの屈折率と、曲がり部３ｅの屈折率を異ならせるなど、異なる曲率曲がり部ごとにその屈折率を変化させるようにしてもよい。また、異なる曲率を有する曲がり部毎に屈折率を変化させる方法としては、上記のような異なるマスクＭ７、Ｍ８を使用する他、部分的に不純物ドープ量を変化させるなど、様々な方法が使用できる。

また、上記実施の形態では、マスク材として２つの金属膜を使用し、一方の金属膜のマスク部分が、他方の金属膜では透過部とされ、透過部同士、遮光部同士が互いに重複しないようになっている。しかし、この場合には、２つの金属膜として、同一の形状のパターンを有するものを使用し、その代わりに、一方の金属膜による露光時にはポジ型レジストを、他方の金属膜による露光時には、ネガ型レジストを使うというように、異なるタイプのレジストを利用することで対応することもできる。
また、コアやクラッドを高分子材料で生成する場合には、マスク材は金属材でなく、フォトレジストを利用することができる。

この発明は、曲がり部の多い平面型光導波路を製造する場合に有効である。例えば集積化した光スイッチ（２×２光スイッチを大規模に集積化して１６×１６、３２×３２、６４×６４光スイッチとしたものなど）や、マッハ-ツェンダ干渉計を多段に構成したラティス型光フィルタ回路（分散・分散スロープ補償用デバイスや偏波分散保証用デバイスとして提案されている）などの製造に、本発明を適用することができる。

図１３は、ラティス型光フィルタ回路４１の一例を示す。この光フィルタ回路４１の概要を説明する。この光フィルタ回路４１は、導波路４２を加熱するための電熱線４３を備えている。この電熱線４３からの加熱により導波路４１の光路長が変動し、これによる位相シフトにより方向性結合器４４の分岐比が変化する。
図１３に示すように、このラティス型光フィルタ回路４１の導波路４２は、多数の曲がり部４５を備えている。この曲がり部４５に本発明を適用することにより、多数の曲がり部４５の曲率を小さくできれば、回路全体のサイズを小さくすることができる。図１３に示すような構成の場合、曲率を２倍にすることにより、回路全体のサイズを６０％程度にまで小さくすることができる。

この発明の第１の実施の形態により製造される平面型光導波路の斜視図である。 第１の実施の形態に係る平面型光導波路の製造方法のうち、コア層３の直線部３ａ−３ｃ、及び曲がり部３ｄ及び３ｅに特に着目した概念的な断面図である。 第１の実施の形態に係る平面型光導波路の製造工程を示す斜視図である。 第１の実施の形態の変形例を示している。 この発明の第２の実施の形態により製造される平面型光導波路の斜視図である。 第２の実施の形態に係る平面型光導波路の製造方法のうち、コア層３の直線部３ａ−３ｃ、及び曲がり部３ｄ及び３ｅに特に着目した概念的な断面図である。 第２の実施の形態に係る平面型光導波路の製造工程を示す斜視図である。 第２の実施の形態の第１の変形例を示す。 第２の実施の形態の第２の変形例を示す。 第２の実施の形態の第３の変形例を示す。 第２の実施の形態の第４の変形例を示す。 曲がり部３ｄ、３ｅ間で、上部クラッド層に対する屈折率差を異ならせる場合の平面型光導波路の製造方法を示す。 本発明を適用可能なラティス型光フィルタ回路の一例を示す。

符号の説明

１・・・基板、 ２・・・下部クラッド層、３・・・コア層、 ３ａ、３ｂ、３ｃ・・・直線部、 ３ｄ、３ｅ・・・曲がり部、 ４・・・上部クラッド層、 ４ａ、４ａ´・・・第１の上部クラッド層、 ４ｂ、４ｂ´・・・第２の上部クラッド層、 ５ｄ、５ｅ・・・孔部、 Ｍ１、Ｍ１´Ｍ１’’、Ｍ２、Ｍ２´、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ４´、Ｍ５、Ｍ５´、Ｍ６、Ｍ６´・・・金属膜、 ３０〜３５・・・石英ガラス膜、 ４１・・・光フィルタ回路、 ４２・・・導波路、 ４３・・・電熱線、４４・・・方向性結合器、 ４５・・・曲がり部。

Claims (10)

1. 下部クラッド層上に直線部と曲がり部を有するコア層を形成し、このコア層上に上部クラッド層を形成し、前記下部クラッド層、前記コア層及び前記上部クラッド層のいずれかは、少なくとも第１部分と第２部分との間で屈折率が異なるよう屈折率の異なる材質で形成される平面型光導波路の製造方法において、
   前記屈折率が異なるように形成される層は、
   前記第１部分を含む領域及び前記第２部分を含む領域のうちの一方をマスクするための第１のマスク材と、前記第１部分を含む領域及び前記第２部分を含む領域のうちの他方をマスクするための第２のマスク材とにより形成されることを特徴とする平面型光導波路の製造方法。
2. 下部クラッド層上に直線部と曲がり部とを有するコア層を形成する工程と、
   前記曲がり部とその付近の領域、及び前記直線部とその付近の領域のうちの一方に第１のマスク材を堆積する工程と、
   前記下部クラッド層及び前記コア層の上に第１の屈折率を有する第１の上部クラッド層を形成する工程と、
   前記第１のマスク材の上に堆積された前記第１の上部クラッド層を除去するための第２のマスク材を前記第１の上部クラッド層上に堆積する工程と、
   前記第２のマスク材をマスクとして前記第１の上部クラッド層を除去する工程と、
   前記第１及び第２のマスク材を除去する工程と、
   少なくとも前記第１の上部クラッド層が除去された領域に前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する第２の上部クラッド層を形成する工程と
   を備えたことを特徴とする平面型光導波路の製造方法。
3. 前記コア層は、曲率が互いに異なる複数の曲がり部を備えたものであり、
   前記第２のマスク材を堆積する工程では、前記曲率が異なる曲がり部毎に別個のマスク材を堆積し、
   前記第２の上部クラッド層を形成する工程では、前記別個のマスク材を使用して、前記曲率の違いに応じて前記曲率の異なる曲がり部毎に前記第２の上部クラッド層の屈折率を異なるものとする
   ことを特徴とする請求項２記載の平面型光導波路の製造方法。
4. 前記第１のマスク材及び前記第２のマスク材は同一形状のパターンを有するフォトマスクを用いて形成され、
   前記第１のマスク材及び前記第２のマスク材は、一方が前記フォトマスクにより露光がされた部分のみが除去される性質を有するレジストを用いて形成され、他方が前記フォトマスクにより露光がされなかった部分のみが除去されるレジストを用いて形成される
   ことを特徴とする請求項２記載の平面型光導波路の製造方法。
5. 下部クラッド層上に、第１の屈折率を有する第１の材料により第１のコア層を形成する工程と、
   第２のコア層が形成されるべき位置を除いた前記下部クラッド層上及び前記第１のコア層上に第１のマスク材を堆積する工程と、
   前記下部クラッド層上及び前記第１のコア層上に前記第１の屈折率と異なる第２の屈折率を有する第２の材料を堆積する工程と、
   前記第１のマスク材の上に堆積された前記第２の材料を除去するための第２のマスク材を堆積する工程と、
   前記第２のマスク材を利用して前記第２の材料を除去して第２のコア層を形成する工程と、
   前記第１及び第２のマスク材を除去し、その後前記下部クラッド層及び前記第１及び第２のコア層の上に上部クラッド層を形成する工程と
   を備えたことを特徴とする平面型光導波路の製造方法。
6. 前記コア層が、曲率が互いに異なる複数の曲がり部を備え、
   前記第１のコア層及び第２のコア層のうち、前記曲がり部に相当するものの屈折率は、前記曲率に応じて異なっている請求項５記載の平面型光導波路の製造方法。
7. 前記第１のマスク材及び前記第２のマスク材は同一形状のパターンを有するフォトマスクを用いて形成され、
   前記第１のマスク材及び前記第２のマスク材は、一方が前記フォトマスクにより露光がされた部分のみが除去される性質を有するレジストを用いて形成され、他方が前記フォトマスクにより露光がされなかった部分のみが除去されるレジストを用いて形成される
   ことを特徴とする請求項５記載の平面型光導波路の製造方法。
8. 下部クラッド層上に、第１の屈折率を有する第１の材料を堆積する工程と、
   第１の領域に堆積された前記第１の材料を除去して前記下部クラッド層を露出させるための第１のマスク材を堆積する工程と、
   前記第１のマスク材を利用して前記第１の材料を除去して前記第１の領域の前記下部クラッド層を露出させる工程と、
   前記第１の領域及び前記第１の材料上に前記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する第２の材料を堆積する工程と、
   前記第１の領域を除く第２の領域に堆積された前記第２の材料を除去するための第２のマスク材を堆積する工程と、
   前記第２のマスク材を利用して前記第２の材料を除去する工程と、
   前記第１及び第２の材料のいずれか一方によりコア層の直線部が形成され、他方によりコア層の曲がり部が形成されるよう、前記第１及び第２の材料により前記コア層を形成する工程と、
   前記コア層上に上部クラッド層を形成する工程と
   を備えたことを特徴とする平面型光導波路の製造方法。
9. 前記第１の材料及び前記第２の材料のうち、前記曲がり部を形成するための材料は、形成されるべき曲がり部の曲率に応じてその屈折率が異なるようにされた請求項８記載の平面型光導波路の製造方法。
10. 前記第１のマスク材及び前記第２のマスク材は同一形状のパターンを有するフォトマスクを用いて形成され、
    前記第１のマスク材及び前記第２のマスク材は、一方が前記フォトマスクにより露光がされた部分のみが除去される性質を有するレジストを用いて形成され、他方が前記フォトマスクにより露光がされなかった部分のみが除去されるレジストを用いて形成される
    ことを特徴とする請求項８記載の平面型光導波路の製造方法。
    

Images