JPH07311315A

JPH07311315A - 光導波路または平板マイクロレンズの製造方法

Info

Publication number: JPH07311315A
Application number: JP6102631A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Taniguchi; 敏谷口; Shiro Sato; 史郎佐藤; Mitsuaki Ikeda; 三章池田; Koichi Nishizawa; 紘一西沢
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1994-05-17
Filing date: 1994-05-17
Publication date: 1995-11-28

Abstract

(57)【要約】【目的】イオン拡散法によって作製された光導波路ま
たは平板マイクロレンズを、フッ酸を含有するエッチャ
ントに浸漬するだけで、前記イオン拡散領域の周辺に凸
部を有する光導波路または平板マイクロレンズを製造す
る方法を提供する。【構成】ガラス基板内にイオン拡散法によって作製さ
れた光導波路または平板マイクロレンズの製造方法にお
いて、前記基板を、フッ酸を含有するエッチャントに、
浸漬処理することによって、前記イオン拡散領域の周辺
に、前記領域を取り囲む凸部を形成した光導波路または
平板マイクロレンズの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオン拡散によって作
製された光導波路や平板マイクロレンズ等の光学部品に
おいて、そのイオン拡散領域の周辺に、凸部を有する光
導波路および平板マイクロレンズを製造する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】まず従来の、光伝送分野における接続技
術について説明する。光伝送路としてのファイバや光導
波路その他の光部品においては、その低損失化が図られ
ている。この低損失化が進むにしたがい重要となってく
るのが、光ファイバと光導波路等の他の光部品との接続
時に生じる損失である。

【０００３】一般に光導波路との結合は、結合用のレン
ズを用いたり、光導波路のコアの部分に直接他の光部品
を近づけたりして行っている。このとき、光導波路と光
ファイバや他の光部品とを固定して接続する場合には、
接続する部品のコア同士を対向させて、その相対位置を
微調整しながら、その結合効率が最大となるように調芯
して固定している。

【０００４】この方法では、その位置を微調整するため
の微動台や、光導波路のコアの部分に光を導入するため
の高精度な光学系を必要とし、その作業は非常に時間の
かかるものである。さらに、多数ある光導波路のコアに
対して、１つ１つファイバ等を接続しなければならない
ので、その作業工数は多大なものとなってしまう。した
がって、このことが光部品のコスト低減の障害の１つと
なっている。

【０００５】これらの問題点に対して、特開平５−１１
１３４号には、光導波路のコアに結合穴を穿孔して光部
品または光ファイバを挿入し、前記光導波路のコアと光
部品または光ファイバを接合する方法において、前記光
導波路のコアから出射する光が結合穴を穿孔する治具に
よって反射されることを検知して、前記加工治具と光導
波路のコアの位置合わせを行い、その後結合穴を穿孔す
る結合穴形成方法およびそれに用いる装置が開示されて
いる。図５参照のこと。

【０００６】また、特開平５−３３３２３２号では、平
板マイクロレンズ、凸面レンズやロッドレンズなどの微
小レンズと光ファイバの結合において、前記レンズ面上
に突起または窪み、一方光ファイバのコアに突起または
窪みを形成し、光結合を容易にした無調整光コネクタが
開示されている。平板マイクロレンズやロッドレンズな
どの微小レンズ面上の突起は、感光性ポリイミドや光硬
化性樹脂を用いて形成する。例えば、図６に示すよう
に、平板マイクロレンズのレンズ対向面に前記感光性樹
脂を塗布し、レンズ面からコリメートされたコヒーレン
ト光で露光すると、その焦点位置の樹脂のみが露光され
硬化し、現像処理後に突起が形成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来技術
では、高精度な光学系を用い人手の作業に頼ることによ
って、コア部分であるイオン拡散領域を検出し、導波路
型光分岐回路の組み立てを行っていた。このため、非常
に作業性が悪く、大量の処理が困難であった。

【０００８】さらに、前記特開平５−１１１３４号にお
いても、光導波路のコアの部分に光を導入するための高
精度な光学系を必要とし、前記コアの部分に光を導入す
る際にやはり調芯が必要であるという問題点がある。

【０００９】またさらに、前記特開平５−３３３２３２
号においても、平板マイクロレンズやロッドレンズなど
の微小レンズ面上の突起の形成は、上述のようにその工
程が複雑で、高価な露光装置も必要である。

【００１０】また一方、光ファイバにおいては、一般に
光ファイバをフッ酸を含有するエッチャントでエッチン
グすると、このときのエッチング速度は光ファイバ内の
ドーパント濃度に依存することが知られている。光ファ
イバの組成により、適当なエッチャントを選択すると、
光ファイバのコア部分を凸部あるいは凹部とすることが
できる。

【００１１】そこで本発明では、イオン拡散法によって
作製された光導波路または平板マイクロレンズの前記イ
オン拡散領域を検出するために、前記光導波路または平
板マイクロレンズを、フッ酸を含有するエッチャントに
浸漬するだけで、前記イオン拡散領域の周辺に凸部を有
する光導波路または平板マイクロレンズを製造する方法
を提供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、１価の
アルカリイオンを含むガラス基板の限定された部分か
ら、前記アルカリイオンより大きなイオン半径を有する
１価のイオンを拡散させる１次イオン交換処理と、前記
基板の前記イオン交換処理を施した表面から、前記ガラ
ス基板に元々含まれている１価のアルカリイオンを拡散
させる２次イオン交換処理よりなる光導波路の製造方法
において、前記光導波路基板を、フッ酸を含有するエッ
チャントに、浸漬処理することによって、前記基板端面
に露出した導波路領域の周辺に、前記領域を取り囲む環
状凸部を形成した光導波路の製造方法である。

【００１３】さらに、１価のアルカリイオンを含むガラ
ス基板の限定された部分から、前記アルカリイオンより
大きなイオン半径を有する１価のイオンを拡散させるこ
とにより形成する平板マイクロレンズの製造方法におい
て、前記平板マイクロレンズの基板表面のレンズ形成部
分以外の部分にもイオン拡散領域を設け、前記レンズ形
成部分を耐フッ酸性保護膜で保護したのち、前記平板マ
イクロレンズをフッ酸を含有するエッチャントに浸漬処
理することによって、前記基板表面のレンズ形成部分以
外のイオン拡散領域の周辺に、前記イオン拡散領域を取
り囲む凸部を形成した平板マイクロレンズの製造方法で
ある。

【００１４】

【作用】上述の方法によれば、イオン拡散法によって作
製された光導波路等の光学部品を、複雑な工程を経るこ
となく、フッ酸を含有するエッチャントに浸漬するだけ
の方法で、イオン拡散領域の周辺に凸部を有する光導波
路等の光学部品を製造することができる。

【００１５】ここで、イオン拡散領域と非拡散領域の境
界を拡散フロントと呼ぶことにする。本発明による光導
波路では、凸部がこの拡散フロントの外側に形成され
る。一方、上述した光ファイバでは、該光ファイバ内の
ドーパント濃度にエッチング速度は依存しており、エッ
チャントを選択により、光ファイバのコア部分を凸部あ
るいは凹部とすることができる。このことは広く知られ
ている現象である。

【００１６】しかし、イオン拡散法による光導波路や平
板マイクロレンズを、フッ酸を含有するエッチャントに
浸漬すると、前記拡散フロントの外側部分とその他の部
分で、エッチング速度に差があるという現象は、従来報
告されていなかった。

【００１７】つまり、イオン拡散法による光導波路や平
板マイクロレンズでは、拡散フロントの外側であり、拡
散処理したイオンが存在していない領域に、凸部が形成
されることになる。フッ酸を含有するエッチャントに対
して、この拡散フロントの外側部分のエッチング速度
が、他のイオン拡散領域と非拡散領域に比べて遅いこと
が、その現象から示されている。このメカニズムは明ら
かではないが、拡散イオンの影響により、ガラスの化学
的耐久性に対して、混合アルカリ効果によって、この拡
散フロントの外側近傍部分とこれ以外の部分が、選択的
にエッチングされたものと考えられる。

【００１８】なお、波長分散型のＸＭＡで当該箇所の銀
あるいはタリウムの濃度を調べたが、上述の現象を裏付
ける明確な濃度差は観察されなかった。しかしながら、
ＳＥＭ観察の結果では、当該の拡散フロントの外側部分
では、組成の違いからくると考えられる観察像のムラが
観察されている。

【００１９】

【実施例】

（予備実験）まずこの予備実験では、基板表面のイオン
拡散領域をエッチングすると、拡散フロントの周辺がど
のような形状になるのかを調べた。

【００２０】ナトリウムを含むガラス基板（例えば、シ
ョット社製ＢＧＧ３１ガラス基板，６０×３０×２．０
ｍｍ）の表面に、スパッタリング法によりチタン膜を成
膜する。さらに、周知であるフォトリソグラフィ法によ
り、幅３μｍで前記ガラス基板の全長にわたる開口部を
作製する。

【００２１】この基板を、約２９０℃に保持した硝酸銀
と硝酸ナトリウムの混酸塩中に１２分間浸漬して、熱イ
オン拡散処理を施す。このようにして、基板表面から約
３μｍの深さまで、イオン拡散処理が行われる。

【００２２】その後、前記チタン膜を剥離除去し、十分
に洗浄を行う。この基板を、フッ酸（１重量％）からな
るエッチャントに、約１０分間室温にて浸漬する。その
後、この基板を十分に洗浄する。

【００２３】この基板表面のイオン拡散の領域がどうな
っているのかを、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）観察を行っ
た。その結果、前記拡散フロントの外側に、その断面形
状が三角形の突起が観察された。その一断面プロファイ
ルを図Ｘに示す。このプロファイルより、この突起の断
面寸法は、底辺が約２．７μｍ，高さが約０．２μｍの
三角形をしていることが分かった。

【００２４】（実施例１）この実施例１では、光導波路
のコア部の周辺に凸部を作製する方法について述べる。

【００２５】ナトリウムを含むガラス基板（例えば、通
常のソーダライムガラス，１５０×１７５×２．０ｍ
ｍ）の表面に、スパッタリング法によりイオン拡散防止
膜としてチタン膜を成膜する。さらに、周知であるフォ
トリソグラフィ法により、幅３μｍで前記ガラス基板の
全長にわたる開口部を作製する。

【００２６】この基板を、約２９０℃に保持した硝酸銀
と硝酸ナトリウムの混酸塩中に浸漬して、熱イオン拡散
処理を施す。さらに、前記チタン膜を除去し、電界を印
加しながら、基板に元々含まれていたナトリウムイオン
を含む溶融塩に浸漬してイオン拡散処理する。

【００２７】このようにして、基板表面からその中心が
約１５μｍの深さに位置し、その断面形状がほぼ円形で
直径が約１０μｍの高屈折率部分が形成される。その
後、十分に洗浄を行う。このようにして、光導波路が作
製される。この基板を、フッ酸（１重量％）からなるエ
ッチャントに、約１０分間室温にて浸漬する。その後、
この基板を十分に洗浄する。

【００２８】このようにして作製した光導波路基板にお
いて、形成された光導波路の端部が露出している基板の
端面部分を、走査型電子顕微鏡で観察したところ、光導
波路の周辺部分に、つまりイオン拡散処理された周辺部
分に、円環状の凸型部分が形成されていることがわかっ
た。さらにこの箇所を、触針式表面粗さ計にて測定した
ところ、この凸型部分はその高さが約０．３μｍ、幅が
約３μｍであり、その断面形状はほぼ三角形であること
が分かった。この凸型部分によって、イオン拡散領域の
位置を光学的に正確に求めることができる。

【００２９】（実施例２）この実施例２では、平板マイ
クロレンズ基板におけるアライメント用のマーカー部の
周辺部に凸型部分を形成する方法について述べる。

【００３０】ナトリウムを含むガラス基板（例えば、通
常のソーダライムガラス，１５０×１７５×２．０ｍ
ｍ）の表面に、スパッタリング法によりチタン膜を成膜
する。さらに、周知であるフォトリソグラフィ法によ
り、直径８０μｍの円形開口部を多数四方配列あるいは
六方配列にて作製する。

【００３１】さらに、基板の４つのコーナー部には、こ
の平板マイクロレンズ基板を用いる装置等に組み込む際
に、その位置合わせを正確に行うために用いるアライメ
ント用マーカーを形成するための、例えばＬ字型の開口
部（例えば、その幅７０μｍ）が設けられている。

【００３２】この基板を、約４９０℃に保持した硝酸タ
リウムと硝酸ナトリウムの混酸塩中に１００時間浸漬し
て、熱イオン拡散処理を施す。その後、前記基板からチ
タン膜を剥離除去し、十分に洗浄を行う。このようにし
て、平板マイクロレンズを作製する。

【００３３】さらに、この基板のレンズ形成部分を耐フ
ッ酸機能を持つマスキング材料（例えば、住友３Ｍ製；
耐酸性マスキングテープ）によりマスキングし、前記ア
ライメント用マーカー部のみが、露出するようにしてお
き、この基板を実施例１と同様のエッチャントに、室温
で２０分間浸漬し、洗浄した。

【００３４】このＬ字部分を走査型電子顕微鏡で観察し
たところ、前記Ｌ字部分の周辺部分に、つまりイオン拡
散処理された周辺部分に、Ｌ字部分を取り囲むように凸
型部分が形成されていることがわかった。さらにこの箇
所を、触針式表面粗さ計にて測定したところ、この凸部
はその高さが約１．５μｍ、幅が約３μｍであることが
分かった。

【００３５】この凸部は、各レンズを形成する際に成膜
したチタン膜に設けられたＬ字開口部に基づいて形成さ
れているので、形成されたマイクロレンズとの位置関係
は正確である。よって、マイクロレンズのアライメント
用マーカとして用いることができる。

【００３６】また、上述した実施例１では、前記イオン
拡散処理に硝酸銀と硝酸ナトリウムの混酸塩を用いた
が、これに代えて、硝酸タリウムと硝酸ナトリウムの混
酸塩を用いた実施例２の場合には、エッチングの選択性
が増すことになる。したがって、この凸型部分はさらに
鮮明となり、光学顕微鏡でも確認可能となる。

【００３７】

【発明の効果】本発明の方法により、光導波路や平板マ
イクロレンズなど、イオン拡散法によって作製される光
学部品において、イオン拡散領域の周辺部分の目標とな
る目印を、正確にかつ簡単な方法で作製することができ
る。

【００３８】これにより、光導波路においては従来高価
で複雑な光学系を用いてその位置決めを行っていたが、
簡単な光学系からの画像情報を用いて、単なる画像処理
による検出だけで、その位置決めを行うことができる。

【００３９】また、平板マイクロレンズにおいては、そ
の４つのコーナーに設けたアライメント用マーカー部を
光学顕微鏡で検出し、その位置決めを行うことができ
る。したがって、例えばこの平板マイクロレンズを液晶
セル基板などと組み合わせて使用するような場合、その
貼り合わせの工程における位置合わせを簡略化すること
ができる。

【００４０】以上のように、光学部品の組立調整工程に
おけるアライメントが容易になるので、ひいては光学部
品の低コスト化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光導波路を説明する斜視図であ
る。

【図２】本発明による光導波路に形成された凸部を説明
する図である。

【図３】本発明による凸部のＡＦＭ観察結果である。

【図４】本発明による平板マイクロレンズを説明する図
である。

【図５】特開平５−１１１３４号の図２で開示された光
導波路の結合穴形成装置である。

【図６】特開平５−３３３２３２号の図１で開示された
光コネクタである。

【符号の説明】

１０ガラス基板１１光導波路１２光導波路のコア１３光導波路のクラッド１４円環状の凸部１５基板端面１６出射光１７加工治具１８反射光１９Ｌ字型アライメントマーカ２０光導入手段２１検出器２２位置微動手段２３光入射用レンズ２４光源３０光ファイバ３１光ファイバのコア３２光ファイバの窪み４１レンズに設けた突起４２平板マイクロレンズ４２Ａマイクロレンズ４３凸面レンズ４４ロッドレンズ５０導波光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西沢紘一大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号日本板硝子株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１価のアルカリイオンを含むガラス基板の
限定された部分から、前記アルカリイオンより大きなイ
オン半径を有する１価のイオンを拡散させる１次イオン
交換処理と、前記基板の前記イオン交換処理を施した表
面から、前記ガラス基板に元々含まれている１価のアル
カリイオンを拡散させる２次イオン交換処理よりなる光
導波路の製造方法において、前記光導波路基板を、フッ酸を含有するエッチャント
に、浸漬処理することによって、前記基板端面に露出し
た導波路領域の周辺に、前記領域を取り囲む環状凸部を
形成したことを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項２】１価のアルカリイオンを含むガラス基板の
限定された部分から、前記アルカリイオンより大きなイ
オン半径を有する１価のイオンを拡散させることにより
形成する平板マイクロレンズの製造方法において、前記平板マイクロレンズの基板表面のレンズ形成部分以
外の部分にもイオン拡散領域を設け、前記レンズ形成部
分を耐フッ酸性保護膜で保護したのち、前記平板マイク
ロレンズをフッ酸を含有するエッチャントに浸漬処理す
ることによって、前記基板表面のレンズ形成部分以外の
イオン拡散領域の周辺に、前記イオン拡散領域を取り囲
む凸部を形成したことを特徴とする平板マイクロレンズ
の製造方法。