JP3469111B2

JP3469111B2 - 光導波路素子の加工方法

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Publication number: JP3469111B2
Application number: JP36233898A
Authority: JP
Inventors: 壽宏田村; 俊幸松島; 訓明岡田; 英明藤田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-12-21
Filing date: 1998-12-21
Publication date: 2003-11-25
Anticipated expiration: 2018-12-21
Also published as: JP2000180648A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路素子、特
に有機膜光導波路及びその有機高分子膜の加工方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光通信や光情報記録の分野
で、光導波路素子がよく用いられている。光導波路素子
は、石英ガラス、Ｔｉ拡散ＬｉＮｂＯ₃等の無機材料や
ポリイミドなどの有機材料が主に用いられ、石英ガラ
ス、Ｓｉ、ＩｎＰ、Ａｌ₂Ｏ₃等の基板上に形成される。

【０００３】これら光導波路素子の一般的な作成方法を
図１３を用いて説明する。まず、上記に示す基板１０１
上にスパッタ法によりＳｉＯ₂等のバッファ層１０２を
薄膜状に形成する（図１３（ａ））。

【０００４】次に、スパッタ法やスピンコート法あるい
は吹き付けなどにより、薄膜あるいは厚膜の膜状の平面
型光導波路のコア層１０３を基板一面に形成し（図１３
（ｂ））、この上に金属マスク１０７として、銅やアル
ミニウムをスパッタ法等により成膜する（図１３
（ｃ））。

【０００５】さらに、その上に有機材料系のフォトレジ
スト１０８をスピンコートにより塗布し、焼成する。そ
の後、導波路膜を所望のパターンを有するフォトマスク
を用いて、リソグラフィ技術により露光、エッチング
し、所望のパターンを得る（図１３（ｄ））。

【０００６】次に、ガスによるドライエッチングにより
パターン化し、パターン導波路のコアを得る（図１３
（ｅ））。このようにして形成されたパターン導波路コ
ア１０３の上部にコアより屈折率の低いオーバークラッ
ド層１０５をスピンコートなどにより形成し、焼成する
ことでパターン光導波路が得られる（図１３（ｆ））。
さらに、図示していないが。その上には外光を遮断する
ための遮光膜を形成する。

【０００７】このような導波路の作成方法をもとにし
て、特開平５−１７３０３６号公報にはテーパ状の導波
路の形成方法が開示されている。ここでは、まず上記図
１３の方法で、幅方向にテーパ形状を有するエッチング
マスクを用いて導波路コアを形成した後、その上に粘性
のある物質を塗布し、全面エッチングによりコア層の厚
さをテーパ状に加工している。

【０００８】また、特開平５−２１００２０号公報に開
示されている導波路の作成方法は、上記方法で導波路コ
アパターンを形成した後、炭酸ガスレーザを用い、その
光を集光して導波路に熱的なダメージを与えずに導波路
パターンを部分的に溶融することで、断面が円形状の導
波路パターンを得るというものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術では、
以下のような問題点がある。

【００１０】一般的な導波路加工はフォトリソグラフ
ィ、ＲＩＥ等のドライエッチングを用いているため、１
プロセスでは断面が矩形の形状しか得られず、断面が円
形状の導波路を得ようとすると複雑なプロセスを必要と
する。

【００１１】また、特開平５−１７３０３６号公報で
は、テーパ形状を得るには導波路の幅及び物質の粘性を
制御しなければならず、導波路の作成に制約が多く、導
波路幅と塗布する物質の粘性で一義的にテーパ角が決ま
ってしまうため、設計の自由度が少ない。また、導波路
形状が矩形であるため断面が円形であるファイバとのモ
ードマッチングが得られず、光伝播特性が悪くなる。

【００１２】また、特開平５−２１００２０号公報で
は、ＣＯ₂等のレーザによる熱的プロセスで導波路を溶
融加工するため、当然のことながら熱的なダメージを受
け、導波路パターンとともに基板及びクラッド層が歪ん
でしまう。また、導波路を部分的に溶融し、その表面張
力により丸くなり、断面が曲面形状を有する導波路を得
ているが、寸法精度が得られず、設計どおりのものが得
ることは容易ではない。また、ＣＯ₂等の熱溶融加工で
は局所的な熱はひずみを受けやすく、安定した導波路が
得られず、熱溶融をした箇所は他の場所に比べ屈折率な
どの光学的な必要条件が満足されず、結果的に良好な円
形断面の導波路が得られない。

【００１３】また、導波路断面が矩形の場合、特に鋭角
を有するエッジ部に遮光膜がつきにくく、その結果クラ
ッド層と遮光膜との密着性が悪く、外光や半導体レーザ
からの漏れ光が導波路内に進入し、ＳＮ比の低下に繋が
る。

【００１４】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あって、その目的とするところは、有機高分子導波路パ
ターンの断面形状においてエッジをなくし、熱的なダメ
ージのないエッジ角度が鈍角である導波路パターンある
いは円形状の導波路パターンを得ることで、クラッド層
と金属からなる遮光膜の密着性を良好にし、良好な光伝
播特性を得ることができ、またファイバとのモードマッ
チングが良好な光導波路素子の加工方法を提供するこ
と、また更にファイバとの良好な接続が可能な三次元形
状を有する光導波路素子の加工方法を提供することにあ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
させるためになされたものであって、レーザビームの照
射により、基板上に形成されたコア層を所望の光導波路
パターンに加工する光導波路素子の加工方法であって、
レーザビームと被加工物との相対移動速度、並びに被加
工物に照射するレーザビーム形状を特定することによ
り、被加工物である基板上に形成されたコア層を所望の
光導波路パターンに加工するとともに、前記レーザビー
ムの照射領域面積を被加工物の被加工領域の平面投影面
積以上となるように設定し、かつ、前記レーザビーム
を、前記被加工物に照射しながら、前記被加工領域に向
かって相対移動させ、前記被加工物の加工終了位置で前
記レーザビーム照射を停止することを特徴とする光導波
路素子の加工方法である。

【００１６】また、本発明は、上記光導波路素子の加工
方法において、前記相対速度を一定とし、且つ前記レー
ザビーム形状を矩形形状とすることを特徴とするもので
ある。

【００１７】

【００１８】また、本発明は、上記光導波路素子の加工
方法において、前記相対速度を変化させ、且つ前記レー
ザビーム形状を矩形形状とすることを特徴とするもので
ある。

【００１９】また、本発明は、上記光導波路素子の加工
方法において、前記コア層が、ポリイミドであることを
特徴とするものである。

【００２０】また、本発明は、上記光導波路素子の加工
方法において、前記レーザはエキシマレーザであること
を特徴とするものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の光導波路の構成と
その作成方法について図面に基づいて説明する。

【００２２】図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の光導波路
の断面を表す概略図である。図１（ａ）、（ｂ）におい
て、基板１上には、バッファ層２として、コア層３より
屈折率の低い有機ポリマが形成されている。その上に多
角形形状あるいは楕円形状や略円形の有機ポリマからな
るコア層３が形成されている。また、必要に応じて、コ
ア層３の上にはオーバークラッド層５が形成され、これ
はコア層３より屈折率の低い材料が選択される。

【００２３】例えば、バッファ層２及びオーバークラッ
ド層５としてはポリイミド等の有機膜を用いることがで
きる。有機膜の場合、スピンコート法で形成され、オー
バクラッド層５の周囲を厚さ１００ｎｍ程度のアルミニ
ウム等の金属からなる遮光膜６で覆う構成としている。

【００２４】次に、図２をもとに作成方法について説明
する。

【００２５】１）まず、基板１上にバッファ層２として
有機ポリマをスピンコート法により塗布、焼成し、次
に、コア層３として、バッファ層２よりも屈折率の高い
有機ポリマを塗布、焼成する（図２（ａ））。

【００２６】２）さらに、オーバークラッド層５として
有機ポリマを塗布、焼成する（図２（ｂ））。

【００２７】３）次に、エキシマレーザにより光導波路
をパターン加工し、照射するエキシマレーザのレーザビ
ームと基板の相対移動速度を変化させることにより、エ
ッジを鈍角にテーパ加工、あるいは楕円、略半円状に加
工する（図２（ｃ））。

【００２８】４）必要に応じて遮光膜６をその上に形成
する（図２（ｄ））。

【００２９】また、図１（ｃ）は、上記図１（ａ）、
（ｂ）と異なり、バッファ層２として酸化シリコン等の
無機誘電体膜を用いている。無機誘電体膜の場合、ＣＶ
Ｄ法やスパッタ法、蒸着法等により形成する。

【００３０】上記の作成に関する工程を図３を用いて説
明する。

【００３１】１）まず、基板１上にバッファ層２として
酸化シリコンをＣＶＤ法により形成する（図３
（ａ））。

【００３２】２）さらに、コア層３として、バッファ層
２よりも屈折率の高い有機ポリマをスピンコートにより
塗布し、焼成する（図３（ｂ））。

【００３３】３）この上に金属マスク７として、銅やア
ルミニウムをスパッタ法等により成膜する（図３
（ｃ））。

【００３４】４）次に、フォトレジスト８を塗布し、フ
ォトリソ工程によりパターニングを行う（図３
（ｄ））。

【００３５】５）次に、イオンミリングやウエットエッ
チングによりマスクパターンを金属マスク７に転写する
（図３（ｅ））。

【００３６】６）次に、酸素ガスを用いたＲＩＥにより
コア層３をエッチングする（図３（ｆ））。

【００３７】７）その後、金属マスク７をウエットエッ
チングにより除去する（図３（ｇ））。

【００３８】８）次に、エキシマレーザにより鋭角なエ
ッジを有する導波路を鈍角にテーパ加工、あるいは楕
円、略半円状の曲面形状に加工する（図３（ｈ））。

【００３９】９）オーバークラッド層５として、コア層
３よりも屈折率の低い有機ポリマをスピンコートにより
塗布、焼成する（図３（ｉ））。

【００４０】１０）必要に応じて金属遮光膜６をその上
に形成する（図３（ｊ））。

【００４１】以上のような図２および図３の工程で断面
が多角形あるいは楕円、略半円状の導波路が得られる。
上記作成方法では、バッファ層２あるいはオーバークラ
ッド層５の材質、エキシマレーザのパワーにより加工の
可否が決まる。そのため、様々な変形例をあげることが
できるが、ここでは代表的なもののみ記載することにし
た。

【００４２】このような、有機光導波路素子では、導波
路断面を多角形状あるいは楕円、略半円状としているこ
とにより、コア層３とオーバークラッド層５あるいはオ
ーバークラッド層５と遮光膜６との密着性が良好にな
る。また、断面が矩形の光導波路に比べ、断面が円形で
ある光ファイバとのモードマッチングが良好でＳＮ比が
向上する。

【００４３】ここでの製造工程は一例であり、ＲＩＥ以
外の加工方法で有機ポリマの加工を行ったり、一部を変
更した工程を用いても良い。

【００４４】また、有機ポリマ材料としては透過率の高
い材料が望ましく、半導体レーザとの集積化を考えた場
合、オーミック電極形成時の熱処理が必要なため、約３
００℃以上の耐熱性が必要となる。このことから、有機
ポリマの中でも耐熱性が高く、比較的透過率の高いポリ
イミドをコア材料として用いることが望ましい。更に
は、フッ素化ポリイミドを用いることにより、可視光領
域での透過率がより高くなり、特に通信用途に最適の低
損失有機光導波路を得ることができる。

【００４５】次に、上記図２（ｃ）や図３（ｈ）のよう
に、ポリイミドの有機高分子膜から成る光導波路端面に
エキシマレーザによって導波路断面のエッジを加工する
方法について詳細に説明する。

【００４６】図４（ａ）は加工条件と加工深さの関係を
説明する図である。エキシマレーザの発振周波数をｆ
（Ｈｚ）、エキシマレーザの照射時間をｔ（ｓ）、エキ
シマレーザビームの１パルス当りの加工深さｒ（ｍｍ）
とすると、加工深さｄ（ｍｍ）は、

【００４７】

【数１】

【００４８】となる。

【００４９】ステージの移動速度を一定とした場合、ワ
ーク上のエキシマレーザビームのスキャン方向長さをＬ
（ｍｍ）、ビームに対するステージの相対移動速度をｖ
（ｍｍ／ｓｅｃ）とすると、照射時間ｔはｔ＝Ｌ／ｖで
表され、加工深さｄ１（ｍｍ）は

【００５０】

【数２】

【００５１】となる。

【００５２】図４（ａ）では、ワーク上をスキャンする
レーザビーム１０の形状を矩形としているために、加工
される溝の断面形状は矩形となる（最終照射面は照射時
間が異なりテーパ状となる）が、図４（ｂ）に示すよう
にレーザビーム形状を三角形形状にするとテーパ加工が
可能になり、また、図４（ｃ）に示すように楕円形ビー
ムを走査すると楕円の曲率にあった形状に加工溝の断面
形状も決定される。すなわち単位時間あたりに照射され
るエネルギー量によって加工断面形状が決まることにな
る。断面が楕円形状の曲率を得る場合には、図４（ｄ）
のような一辺以上が曲率を有するビーム形状とすれば良
いことがわかる。

【００５３】また、別の加工方法として、図４（ｅ）に
示す矩形形状のマスク直下の加工断面は曲面状となって
いる。すなわちマスク形状が矩形でもマスクあるいはス
テージの移動速度ｖを変化させれば（ステージを加速度
移動させる）、照射エネルギー量を変化させることがで
き、その結果断面が曲面状の加工が可能になる。

【００５４】ステージを加速度移動させたときの加工深
さについて図５を用いて説明する。図中１５はレーザビ
ームの照射領域を示している。１５ａはレーザ照射初期
位置の照射領域を示し、１５ｂは加工開始位置での照射
領域を示し、１５ｃは最終照射位置での照射領域を示し
ている。

【００５５】レーザ照射による微小長さΔＬの加工深さ
を考え、レーザ照射時間をΔｔとすると、加工深さΔｄ
は、

【００５６】

【数３】

【００５７】となる。

【００５８】上述したように加工量を知るには加工位置
におけるレーザの照射時間を求めればよい。

【００５９】ここで、レーザ照射初期位置から加工位置
までの距離をＬ１とし、その加工位置Ｌ１でのレーザ照
射初期位置から加工開始位置に到達する時間ｔ１はステ
ージ移動速度をｖ（ｔ）を用いて以下の式で求めること
ができる。ここでＬ１、ｖ（ｔ）は設計により決定し、
既知であるとする。

【００６０】

【数４】

【００６１】次に、加工位置による照射時間を考える。
マスクによるレーザ照射距離をＬとすると、最終照射面
直下の照射時間は短くなりテーパが形成される。ここ
で、レーザ照射初期位置からレーザ照射最終位置までの
距離をＬ１ｍａｘとすると加工量は次の場合に分けて考
えることができる。

【００６２】Ｌ１≦Ｌ１ｍａｘ−Ｌの場合加工位置Ｌ１でのレーザ照射時間は通過終了時間をｔ２
とするとレーザ照射通過完了位置までの距離はＬ１＋Ｌ
であるから、下記式が成り立ち、ｔ２が求められる。

【００６３】

【数５】

【００６４】従って、ビーム初期位置からＬ１離れた位
置における全加工深さｄ２はレーザ照射の通過時間（ｔ
２−ｔ１）照射されているので加工深さｄ２（ｍｍ）は
数３より、

【００６５】

【数６】

【００６６】で表されることになる。

【００６７】一方、Ｌ１＞Ｌ１ｍａｘ−Ｌの場合最終照射面直下の加工量は加工位置Ｌ１でのレーザ照射
時間はレーザの最終到達時間をｔ２ｍａｘとすると下記
式が成り立つ。

【００６８】

【数７】

【００６９】従って、、ビーム初期位置からＬ１離れた
位置における全加工深さｄ２はレーザ照射の通過時間
（ｔ２ｍａｘ−ｔ１）照射されているので加工深さｄ２
（ｍｍ）は数３より、

【００７０】

【数８】

【００７１】で表されることになる。

【００７２】以上の結果から、最終照射面形状はステー
ジ移動速度を一定とした場合には、ある一定の角度をも
ったテーパ形状となり、ステージ移動を加速度移動させ
た場合には曲面形状となることが分かる。

【００７３】ところで、一般に、光学部品では高精度の
加工面粗さが要求される。エキシマレーザはパルスレー
ザであり、ビームもしくは加工対象物を移動しながらレ
ーザビームを照射すると、１パルス毎にレーザ照射位置
が移動することによって加工が進行するため、加工表面
には微小な凹凸が形成される。エキシマレーザによる高
分子材料の加工では、光化学反応によって理想的な材料
の分解除去加工が行われるため、前記凹凸はレーザ１パ
ルス当りの加工量と同等になる。すなわち、加工面の粗
さを小さくするには、１パルス当りの加工量を小さくす
ればよい。加工量を小さくするには、一般にレーザビー
ムのエネルギを調整すれば良いことが知られている。

【００７４】清浄な加工面を必要とする光学部品では、
加工表面の表面の粗さは、対象とする光の波長に対し
て、十分小さいことが必要であり、例えば、波長７８０
ｎｍの半導体レーザを用いた場合、加工面の最大表面粗
さは、波長の１／１０、すなわち、７８ｎｍ以下にすれ
ば、所定の光学特性を満たすことを確認している。した
がって、エキシマレーザ加工による１パルス当りの加工
深さが７８ｎｍ以下となるように、加工領域に照射する
エキシマレーザのエネルギ量を調整すれば所望の形状が
得られる。

【００７５】次に、図６に上記端面加工に用いたエキシ
マレーザ励起装置２０の概略構成図を示す。本装置は住
友重機械工業（株）製であり、使用ガスはＫｒＦ、また
そのレーザの発振波長は２４８ｎｍで、発振出力は２７
０ｍＪ、発振周波数は毎秒２００パルスである。

【００７６】図６において、エキシマレーザ発振器２１
から出射したレーザ光は、まずバリアブルアッテネータ
２２を通過する。前記バリアブルアッテネータ２２は、
エキシマレーザ光の透過率を無段階に調整できるもの
で、レーザ光の透過率を変化させることによって、被加
工物を搭載した基板１上に照射される光のエネルギを調
整する。

【００７７】次に、ビームベンダ２３でレーザ光路を決
定するが、レーザ光路中にレーザマスク２４を設置し、
レーザビームを必要とする形状に整形している。さら
に、レーザビーム面積の縮小率が１／１０から１／３６
に任意に設定できる石英レンズ等の縮小光学系、すなわ
ちイメージングレンズ２５によって、前記マスクパター
ン２４の像を基板１上に縮小投影し、基板１上のビーム
パワー６０ｍＪ／ｃｍ²となるように調整する。

【００７８】ここでは、マスクパターンを１／１０に縮
小して、基板上に投影した。照射するエキシマレーザの
条件として、前記レーザの条件で、１パルス当りの加工
深さを予め測定しておいたところ、０．０３（μｍ／Ｐ
ｕｌｓｅ）であった。

【００７９】以上の光学系を経て、レーザビーム１０を
被加工物の光導波路端面に照射する。基板を載せている
ステージは面内に２方向（Ｘ，Ｙ方向）および高さ方向
（Ｚ方向）に速度制御可能で移動させることができるよ
うな構成である。

【００８０】図７にはエキシマレーザによって被加工物
端面にテーパ加工を施す工程の模式図を示す。図７
（ａ）は加工前の図であり、図７（ｂ）〜（ｄ）は加工
の進行工程を示す図であり、図７（ｅ）の加工終了後の
図である。

【００８１】ここで、レーザビームの照射と被加工物を
相対的に移動させることによりテーパ面が得られる。テ
ーパ面は相対移動速度を一定とすることによって得るこ
とができ、また相対移動速度を変化させると曲面形状が
得られる。詳細な実験による結果は後述することにす
る。上記に示したような加工を少なくとも導波路コア層
を含む部分に適応することで、図１（ａ）〜（ｃ）に示
した断面形状が台形（多角形）状あるいは円形状などの
形状をした光導波路素子を得ることができる。

【００８２】図７に示した加工すなわちエッジ端面部分
に傾斜端面を施す方法を図６を参照しながら、以下に示
す。

【００８３】図７（ａ）のように、レーザマスク２４、
反射ミラー２３、イメージングレンズ２５を通過したレ
ーザビーム１０のフォーカスを被加工物上に合わせ、レ
ーザビーム１０の照射を開始する。このとき被加工物に
照射しない。

【００８４】図７（ｂ）〜（ｅ）のように、このレーザ
ビーム１０を照射しながら等速でステージを移動させ
る。加工終了位置まで来たらレーザビーム照射を止め
る。ステージ２６を停止する。

【００８５】光導波路素子の作成方法としては、石英基
板１上にバッファ層２としてＳｉＯ₂を有機絶縁膜とし
て高透明ポリイミド（日立化成のＯＰＩシリーズＮ２０
０５）をフォトリソ、ＲＩＥにより厚みｔ＝５０μｍ、
幅ｗ＝４００μｍ、長さｌ＝２０００μｍになるように
形成し、約９０度のエッジに傾斜を形成し、その後上記
方法によりマスク形状、移動方向、照射面積等をパラメ
ータとしてエキシマレーザによる有機絶縁膜の端面加工
を行った。その後、オーバークラッド５、遮光膜６を設
けた。

【００８６】エキシマレーザ加工に用いたレーザマスク
穴形状すなわちレーザビーム形状は矩形または三角形
（カーブのものを含む）であり、レーザビーム形状が矩
形のものについては模式図８（ａ）に示すように長さＬ
（移動方向の長さ）、幅Ｗのものを用いた。またビーム
形状が三角形のものについては模式図８（ｂ）に示すよ
うに、幅（底辺）Ｗ、高さＬとした。

【００８７】図９に被加工物への加工前（図左）と加工
後（図右）のビーム位置及び被加工物の加工形状の斜視
図を示す。図９（ａ）はレーザビーム形状が矩形の場合
であり、図９（ｂ）はレーザビーム形状が三角形の場合
であり、図９（ｃ）はレーザビーム形状がカーブした三
角形の場合であり、図９（ｄ）はレーザビーム形状がカ
ーブした半三角形の場合であり、図９（ｅ）はレーザビ
ーム形状が矩形の場合である。

【００８８】図９では片側の加工形状のみ示した。条件
及び表面粗さ測定結果を表１に示す。

【００８９】

【表１】

【００９０】上記実施例１（図９（ａ））及び参考例１
（図９（ｂ））ではテーパ状のエッジ形状を有する光導
波路を得ることができ、参考例２（図９（ｃ））〜実施
例２（図９（ｅ））では曲面形状を有する光導波路を得
ることができ、共に光導波路断面にエッジをなくすこと
ができる。

【００９１】上記実施例のように作成した光導波路と従
来のＲＩＥエッチングで得た光導波路を比較した。その
結果ＲＩＥエッチングで得た光導波路は導波路断面が矩
形であり、端面がほぼ垂直に形成されている。このよう
な垂直端面にはＣＶＤ法やスパッタ法などにより金属遮
光膜が形成しにくく、特にとがっているエッジ部分での
光の遮光が不完全であった。したがって、上記実施例の
ように導波路断面にエッジをなくすことにより、ＣＶＤ
法やスパッタ法などによってコア、クラッド層の上部に
形成される遮光膜との密着性が良好になり、漏れ光がな
くなると同時に外部光の入射を防ぐことが可能になっ
た。

【００９２】さらに参考例２、３および実施例２による
と断面を楕円形及び円形に加工することも可能となり、
光ファイバとの良好なモードマッチングが得られる。

【００９３】ここで基板とレーザビームの相対速度を変
化させて行った実施例２における計算結果を図１０に示
す。図１０の横軸は被加工物の端面からの距離、縦軸は
被加工物底面からの高さを示している。

【００９４】このときの加工条件は、加工初期位置にお
けるステージ初速度ｖ０＝０．１ｍｍ／ｍｉｎ、パルス
数５００ｐｕｌｓｅ／ｓ、Ｌ＝１９０μｍ、Ｌ１＝２５
０μｍ、Ｌ１ｍａｘ＝３４０μｍ、ｒ＝０．０３μｍ／
ｐｕｌｓｅ、加工速度ｖ＝ｖ０×ｔ３である。また加工
領域に達するまではステージ速度はｖ＝ｖ０の一定とし
た。

【００９５】上記結果から、基板とレーザビームの相対
速度を適切に変化させることにより、曲面形状が得られ
る。実際に上記の条件で加工を行い表面形状測定器（ F
ormTalysurf Series2 ［Taylor-Hobson Ltd.］）で表面
形状の測定を行ったところその加工形状も上記計算結果
と同様であった。

【００９６】また、実施例１及び実施例２のように、レ
ーザビームの照射領域面積をコア層３の平面投影面積以
上となるようにすると、設定ステージの移動時間が短
く、加工時間が短縮される上、加工面の顕微鏡観察結果
から反応生成物の付着が少なく、加工面の表面粗さが良
好であった。これはステージを加工面に向かって移動さ
せかつビームの最終照射面とすれば、表面粗さが小さく
なりなお一層良好な加工面が得ることができるからであ
る。

【００９７】ところで、この反応生成物が付着する原因
としては、以下のような理由によると考えられる。

【００９８】加工されて上昇した分解片が更にビームで
２次分解更には３次以降の分解を生ずるため、最後には
空気中の酸素と反応して炭酸ガスとなる。したがって、
ビームが照射している場合は反応生成物になりにくく加
工面に対しては反応生成物の付着が抑制される。

【００９９】しかしながら、加工中にビームを移動させ
た場合、加工面自体が移動していくため、加工が完了し
た加工面にはビームが照射されず、次の加工面の反応生
成物が周囲に飛び散り、それが再付着してしまう。ビー
ム進行方向のものは、再度ビームの照射により分解され
るため、再付着した反応生成物は再分解される。

【０１００】以上の理由により、レーザを用いたテーパ
加工において加工終端面が最も反応生成物の付着の少な
い面が得られることになる。

【０１０１】次に、上記エキシマレーザでの導波路端面
加工方法を三次元導波路に適応した例について図を用い
て説明する。

【０１０２】図１１にはこの三次元導波路を示す。ここ
に示す三次元導波路は基板上に光の導波方向に沿って幅
方向だけでなく厚さ方向もテーパ状に変化しているた
め、素子間あるいはＬＤやＰＤ等のチップや光ファイバ
等との光接続が極めて高効率に行うことができる。

【０１０３】その作成方法は上記で説明したエキシマレ
ーザのアブレーション加工による光導波路の加工方法を
用いて作成したものである。ここで使用したマスク形状
は図８（ａ）に示す矩形上のものを使用しで、レーザビ
ームを照射したまま、図１１の矢印方向に移動させるこ
とで３次元導波路の加工が実現できた。

【０１０４】さらにエッジに曲率をもつ任意の３次元導
波路を実現する方法を図１２を用いて説明する。図１１
の形状に加工後、図１２に示すように両側の導波路の端
面を曲面上に加工することで３次元導波路が得られる。

【０１０５】従って、上記図１１のビームあるいは基板
の相対移動速度を変化させることで任意のテーパをもつ
光導波路を得ることができ、また、図１２において加工
中にビームあるいは基板の相対移動速度を変えること
で、任意の曲率を持つ光導波路の加工を実現でき、任意
の３次元光導波路を得ることができる。このような端面
にエッジのない光導波路素子をファイバと結合させて用
いることで、特に端面のエッジによる光散乱を防止で
き、良好な光伝播特性を有し、また集光能力を有する光
導波路素子を提供することができる。

【０１０６】なお、上記説明では、コア層上にオーバー
クラッド層や遮光層を設けているが、このようなコア層
や遮光層は必ずしも必要ではない。

【０１０７】

【発明の効果】本発明によれば、ファイバとのモードマ
ッチング特性が良好で、良好な光伝播特性を有する光導
波路の加工が可能である。

【０１０８】また、本発明によれば、加工時間が短縮さ
れる上、さらに反応生成物の付着が少なく、加工面の表
面粗さが小さくなりなお一層良好な加工面が得ることが
できる。

【０１０９】また、本発明によれば、非熱的プロセスで
加工することが可能で、加工の際パターンが溶けたりせ
ず、残渣ができにくい加工が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光導波路素子の断面図である。

【図２】本発明の光導波路素子の加工方法の説明図であ
る。

【図３】本発明の光導波路素子の他の加工方法の説明図
である。

【図４】（ａ）は加工条件と加工深さの関係を説明する
図であり、（ｂ）〜（ｅ）は照射位置でのレーザビーム
形状および加工形状を示す模式図である。

【図５】本発明の加工方法に関する加工形状を算出する
ための模式図と記号の定義を示す図である。

【図６】使用したレーザ励起装置の概略構成図である。

【図７】エキシマレーザによって被加工物端面にテーパ
加工を施す工程の模式図である。

【図８】レーザ加工に使用したビーム形状を示す模式図
である。

【図９】種々のレーザビーム形状および加工形状を説明
する図である。

【図１０】基板とレーザビームの相対速度を変化させて
行った場合の計算結果を示す図である。

【図１１】三次元導波路の加工工程をを示す図である。

【図１２】他の三次元導波路の加工工程をを示す図であ
る。

【図１３】従来の導波路加工方法を示す図である。

【符号の説明】

１基板２バッファ層３コア層５オーバークラッド層６遮光膜７金属マスク８フォトレジスト９被加工物１０エキシマレーザビーム１５レーザビーム照射領域１６加工領域２０エキシマレーザ励起装置２１エキシマレーザ発振器２２バリアブルアッテネータ２３ビームベンダー（反射ミラー）２４レーザマスク２５イメージングレンズ２６ＸＹテーブル（ステージ）２８コントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤田英明大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (56)参考文献特開平９−269430（ＪＰ，Ａ) 特開平10−293220（ＪＰ，Ａ) 特開平５−178633（ＪＰ，Ａ) 特開平８−19878（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−42127（ＪＰ，Ａ) 特開平10−113780（ＪＰ，Ａ) 特開平10−286683（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/12 - 6/138 B23K 26/00 - 26/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザビームの照射により、基板上に形成
されたコア層を所望の光導波路パターンに加工する光導
波路素子の加工方法であって、レーザビームと被加工物
との相対移動速度、並びに被加工物に照射するレーザビ
ーム形状を特定することにより、被加工物である基板上
に形成されたコア層を所望の光導波路パターンに加工す
るとともに、前記レーザビームの照射領域面積を被加工物の被加工領
域の平面投影面積以上となるように設定し、かつ、前記レーザビームを、前記被加工物に照射しながら、前
記被加工領域に向かって相対移動させ、前記被加工物の
加工終了位置で前記レーザビーム照射を停止することを
特徴とする光導波路素子の加工方法。
【請求項２】前記相対速度を一定とし、且つ前記レーザ
ビーム形状を矩形形状とすることを特徴とする請求項１
記載の光導波路素子の加工方法。
【請求項３】前記相対速度を変化させ、且つ前記レーザ
ビーム形状を矩形形状とすることを特徴とする請求項１
記載の光導波路素子の加工方法。
【請求項４】前記コア層が、ポリイミドであることを特
徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光導
波路素子の加工方法。
【請求項５】前記レーザはエキシマレーザであることを
特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光導
波路素子の加工方法。