JPH0477883B2 - - Google Patents

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JPH0477883B2
JPH0477883B2 JP58198738A JP19873883A JPH0477883B2 JP H0477883 B2 JPH0477883 B2 JP H0477883B2 JP 58198738 A JP58198738 A JP 58198738A JP 19873883 A JP19873883 A JP 19873883A JP H0477883 B2 JPH0477883 B2 JP H0477883B2
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waveguide film
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光通信等の分野に用いる回折格子付
光導波膜の製造方法に関するものである。
光通信分野における波長多重通信の有用性が認
識されるにつれて、量産に適する光分波器の出現
が待たれている。製造に伴う組立て工程と調整工
程が比較的簡便な光分波器として光導波膜を用い
た導波形光分波器が提案されている。しかし、従
来光導波膜に分波機能を果たす回折格子を作り込
むことが困難であつたため、第1図に例示するよ
うに、基板1上に形成された光導波膜2の端面の
一部に外部から回折格子3を貼り合わせる必要が
あつた。第1図において、aは平面状回折格子、
bは凹面状回折格子を貼り合わせる場合を示す。
貼り合わせに際しては、あらかじめ光導波膜端面
を精度良く研磨仕上げしておく必要があり、光導
波膜の他端に設けられる光入出力部や光反射部と
の位置関係を配慮しながら研磨する工程は長時間
を要し、導波形光分波器の低価格化を阻害する要
因となつていた。また、外部から回折格子3を有
機系の接着剤を用いて光導波膜2の端面に貼り合
わせるため、外部からの湿気や温度サイクルによ
つて接着面が徐徐に劣化するという耐候性に関す
る懸念もあつた。
本発明は、光導波膜に一括生産性の高いフオト
リングラフイの手法を用いて回折格子面を作り込
むことにより、回折格子付光導波膜ひいては導波
形光分波器の量産を可能とする回折格子付光導波
膜の製造方法を提供するものである。
以下本発明を詳細に説明する。
第2図は本発明の製造方法の基本工程例を示す
図であり、まず、基板1上に光導波膜2を形成し
たものを用意する(第2図a)。2bは保護膜で
あるが、本発明の構成に必ずしも必須ではない。
次に、光導波膜2上にレジスト膜4を形成し、フ
オトマスク5をレジスト膜上面に重ねる(第2図
b)。フオトマスク5は所望の回折格子形状に対
応する波状パターン5aを含んでいる。フオトリ
ングラフイの手段により露光と現象を行ない、波
状パターン5aをくり抜かれたレジスト膜4′を
形成する(第2図c)。続いて、このレジスタ膜
4′を耐エツチングマスクとして光導波膜2のエ
ツチングを行ない、このエツチング後にレジスト
膜4′を除去して、光導波膜に垂直な波状側面5
bを有する溝6を得る(第2図d)。光導波膜に
垂直な波状側面5bを有する溝6を形成するに
は、後述するように、耐エツチングマスクに垂直
な方向からエツチングガスイオンを照射する反応
性スパツタエツチング法などを用いることができ
る。最後に溝6の波状側面5bをカバーするよう
に反射金属膜7を形成し、回折格子付光導波膜を
得る。
第2図において、使用できる光導波膜として
は、イオン拡散法で形成した多成分ガラス光導波
膜やLiNbO3系光導波膜、スピンコート等の手法
で形成したプラスチツク系光導波膜、真空蒸着法
やスパツタ法で形成した種種の光導波膜、SiCl4
GeCl4、TiCl4等のガラス形成原料の気相化学反
応で形成した石英系ガラス光導波膜等を上げるこ
とができる。
第2図では光導波膜のエツチングに先だち耐エ
ツチングマスクとしてレジスト膜4を形成してい
るが、光導波膜の材質によつて異なるエツチング
特性のレジスト膜を2層に形成する必要がある場
合もある。
また、第2図において第1図aに対応する平面
状の回折格子を形成する場合を例示したが、フオ
トマスク5上の波状パターン5aの形状を選ぶこ
とにより第1図bに対応する曲面状の回折格子
等、任意形状の回折格子を光導波膜に形成できる
ことは勿論である。
波状側面5bをカバーして形成すべき反射金属
膜としては、Au、Al等の材質が適当である。
次に光導波膜として、石英系ガラス光導波膜を
用いた場合についてさらに詳細に本発明の製造工
程を説明する。
まず、SiCl4、TiCl4、BCl3、PCl3を原料とす
る火炎加水分解反応を利用して、石英ガラス基板
(5cm×5cm、1.5mm厚)上に光導波膜を形成し
た。第3図にその断面構造を示す。第3図におい
て、光導波膜2は保護膜2bに加えて、石英ガラ
ス基板1との境界にバツフア層2cを有してい
る。保護膜2b、バツフア層2cのガラス組成は
SiO2−B2O3−P2O5であり、その屈折率は基板1
とほぼ等しく設定した。膜厚はいずれも5μmで
ある。光導波膜2の膜厚は45μmであり、ガラス
組成はSiO2−TiO2−B2O3−P2O5でTiO2添加の
量を調節して屈折率はバツフア層、保護膜に比べ
て1.1%高くしてある。
第4図は本実施例で用いたフオトマスク5の波
状パターン5aの拡大図であり、格子間隔dは
4μmに、ブレーズ角度θは10度とした。寸法l1
20mm、l2は1mmとした。
石英系ガラス光導波膜の場合には、単純なレジ
ストによるエツチングが困難であるため、非晶質
Si膜(a−Si膜)を中間レジストする次の方法を
用いた。すなわち、まず、保護膜2b上に、a−
Si膜をマグネトロン・スパツタ法により6μm厚で
形成した。次に、フオトレジストAZ1350Jをa−
Si膜上にスピンコートし、第4図の波状パターン
5aを含むフオトマスク5を用いて、フオトレジ
スト膜を露光・現象した。この段階で、フオトレ
ジスト膜の波状パターン5aに対応する部分が除
去される。次に、CBrF3ガスを用いたドライエツ
チング法により、波状パターン5a部分に対応す
る部分の露出したa−Si膜を除去した。続いて、
エツチングガスをS2F6、C2H4混合ガスに変えて、
波状パターン5a部に対応する石英系ガラス光導
波膜を55μm程度の深さまで反応性スパツタエツ
チング法でドライエツチングした。このエツチン
グ法では、イオン化して加速したエツチングガス
を耐エツチングマスク面に垂直な方向から照射す
ることにより、耐エツチングマスクに覆われてい
ない部分に垂直性に優れた側壁を有する溝を形成
することができる。この時、光導波膜上に残つて
いるa−Si膜が耐エツチングマスクとして働く。
エツチング工程の最後にa−Si膜を除去すると、
第5図に示したように石英系ガラス光導波膜に波
状側面5bを有する溝6が現われた。
最後に第5図における波状側面5bをカバーす
るようにAuを蒸着し、反射形回折格子付の石英
系ガラス光導波膜を得た。
上記の実施例におけるドライエツチングに際し
ては、平面電極型の反応性スパツタエツチング装
置を使用したため、エツチングの垂直性が良く、
波状側面5bと基板面とがなす角度αは88°であ
つた。角度αが90°から大きくそれると、光導波
膜を伝播してきた導波光が、反射金属膜を形成さ
れた回折格子面で反射する際に、基板へ洩れる成
分が増加し、不適当である。光導波膜の構造にも
依存するが、角度αは90°±4°の範囲になるよう
にエツチング条件を設定することが望ましい。
以上説明しように、本発明の方法によれば、フ
オトリソグラフイを活用することにより、外部か
ら回折格子面を貼り合わせる等の手段を用いるこ
となく、回折格子付光導波膜を一括大量生産でき
る。さらに、特筆すべき本発明の効果としては、
フオトマスクとして波状パターンの他に光導波膜
への光入力部、光出力部、等を含むフオトマスク
を用意しておけば、機械的な導波膜端面研磨や光
学的な位置合わせをせず、無調整で導波形光分波
器等を器み立てることをあげることができる。す
なわち、第6図は本発明の一実施例で用いたマス
クパターンであり、第6図aでは、回折格子に対
応する波状パターン5aの他に、入出力光フアイ
バ位置に対応する入出力部パターン61、凹面反
射鏡に対応する凹面反射鏡パターン62を含んで
いる。凹面反射鏡パターン62に対応する最終的
な光導波膜の溝側面には、波状パターン5aに対
応する波状側面溝と同様に、反射金属膜が形成さ
れることは言うまでもない。第6図bは、凹面回
折格子に対応する波状パターン62を含む例であ
り、同時に2つの分波器に対応するフオトマスク
例である。
第7図は、第6図bに対応するマスクパターン
より作製した導波形光分波器であり、光入出力部
溝71には光フアイバ群72が設置され固定され
ている。入力フアイバから光導波膜2へと導入さ
れた波長多重光は、反射金属膜7をコートされた
波状側面5bから成る回折格子面で回析されると
ともに集光され、波長に応じて出力フアイバ群7
2bへと分波される。なお、光フアイバ群72の
外径は、あらかじめ光入出力部溝の寸法に合わせ
て必要に応じて化学エツチングにより減少させて
おくことができる。
なお、第7図の光入出力部に代り、第8図に例
示したような導波路群81を介して光フアイバや
光検知器と接続することも可能であり、本発明の
方法によれば、これらの光導波路群81も回折格
子(第8図では省略)作製と同一のマスクパター
を用いて一括作製できる。このように、光導波膜
の所望の位置に、回折格子面、反射面、溝及び光
導波路を機械研磨の制約を受けることなく自由に
形成することができ、この際、従来の場合のよう
な回折格子貼り合わせ位置や、入出力フアイバ設
置位置の調整を個個の素子について行なう必要は
なく、組立て調整時間の大幅な短縮をみることが
できる。
本発明の方法で作製した回折格子の回析効率を
調べる目的で、第7図の配置で入力フアイバ72
aから白色光を光導波膜2へと導入し、出力フア
イバ群72bからの出射光の波長依存性を調べた
ところ、回析効率はブレーズ角度で強調された波
長帯では80%以上に達し、充分実用に供し得るこ
とを確認した。
以上説明したように、本発明の方法によれば、
回折格子付光導波膜を光入出力部も含めてフオト
リソグラフイの手法で作製できるので、特に光通
信の発展に伴つて大量の需要が見込まれる導波形
光分波器の構成に応用して効果が大である。
以上説明した具体的な実施例の光導波膜は、い
わゆる多モード用に相当する膜厚と屈折率差を有
していたが、膜厚の小さい単一モード用光導波膜
にも本発明の方法が適用できることは勿論であ
る。また、本発明の具体的な実施例で用いた平面
電極型反応性スパツタエツチング法の他、垂直性
の良いエツチング法として反応性イオンビームエ
ツチング法などにあげることができ、光導波膜の
材質に応じて選択して使用することが望ましい。
また、フオトリソグラフイの際にフオトマスクの
代りに電子ビーム露光を用いても良いことは勿論
である。
【図面の簡単な説明】
第1図a,bは従来の回折格子付光導波膜の構
成例を示す斜視図、第2図a,b,c,d,eは
本発明の回折格子付光導波膜作製基本工程例を説
明するための斜視図、第3図は本発明の一実施例
で使用した石英系ガラス光導波膜の断面構造図、
第4図は本発明に用いる回折格子に対応する波状
パターン例を示す平面図、第5図は本発明におい
て石英系光導波膜に形成した波状側面溝の例を示
す斜視図、第6図a,bは本発明で用いるマスク
パターンの例を示す平面図、第7図、第8図は本
発明の寸法で作製した導波形光分波器構造例を示
す斜視図である。 1……基板、2……光導波膜、2b……保護
膜、2c……バツフア層、3……回折格子、4…
…レジスト膜、5……フオトマスク、5a……波
状パターン、4′……露光現象後のレジスト膜
(耐エツチングマスク)、5b……波状側面、6…
…溝、7……反射金属膜、61……入出力部パタ
ーン、62……凹面反射鏡パターン、71……光
入出力部溝、72……入出力光フアイバ群、72
a……入力フアイバ、72b……出力フアイバ
群、81……光導波路群。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 基板上に形成された光導波膜上に、所望の回
    折格子形状に対応する波状パターンを含む耐エツ
    チングマスクをフオトリソグラフイの手段により
    形成し、ついで、耐エツチングマスク面に垂直な
    方向からのエツチングにより前記光導波膜の一部
    に光導波膜に垂直な波状側面を有する溝を形成
    し、しかる後該溝の前記波状側面に反射形回折格
    子面となる反射金属膜を形成することを特徴とす
    る回折格子付光導波膜の製造方法。 2 前記耐エツチングマスクは、前記波状パター
    ンに加えて前記光導波膜への光入力部、光出力部
    に対応するパターンを含むように形成されている
    ことを特徴とする特許請求の範囲1に記載の回折
    格子付光導波膜の製造方法。
JP19873883A 1983-10-24 1983-10-24 回折格子付光導波膜の製造方法 Granted JPS6090311A (ja)

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