JPH07318740A - 反射部を有する光導波路の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】反射部と光導波路の同時形成により製造工程の
簡略化を図る。 【構成】基板４上にアンダークラッド３、光導波路層１
１、エッチングマスク５が形成。マスク５は光導波路１
の形状にパターン形成され、微小幅15μｍのスリット２
１が形成。化学的エッチングと物理的エッチングとの速
度比を所望の値に設定して、光導波路層をエッチングし
て光導波路を分離する。横方向のエッチング幅は化学的
エッチングの速度で決定され、垂直方向のエッチング速
度は化学的エッチング速度と物理的エッチング速度との
和となる。物理的エッチングの速度はスリット幅によっ
て変化可能。よって、スリット幅により反射部の溝の深
さ、反射面の角度を制御することが可能。反射部、光導
波路の形成は同時に可能。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板上に作製されたチ
ャネル型光導波路内を伝送する光の一部もしくは全部
を、チャネル型光導波路外で、かつ、基板面に垂直方向
に分岐する光導波路の製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術】図５〜図７は従来の面外反射部を有する光
導波路の形成方法を示す素子の断面図である。図５は所
定形状の光導波路１を作製後、導波路端面が斜めに露出
するように機械加工により面外反射部２２を形成する方
法を示している。図６は光導波路１を作製後、異方性エ
ッチングによる側面２４の形成と等方性エッチングによ
る側面２５の形成を別々にマスキングして加工すること
により、面外反射部を形成する方法を示している（特開
平5-264870) 。図７は光導波路１を作製後、加工部以外
をマスキングして、レーザアブレーション法により所定
箇所を除去して面外反射部２３を形成する方法を示して
いる(L.A.Hornak,"Polymers for lightwave and integr
ated optics" p.250, Dekker, 1992) 。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記何れの方法も、フ
ォトリソグラフィ法等の方法を利用してチャネル型光導
波路を形成した後に、所定箇所に反射部を作製する為
に、再度、厳密な位置決めを行わねばならない。これ
は、２回以上のフォトリソグラフィやマスクの位置合わ
せといった工程が必要となり、プロセスの複雑化といっ
た問題のみならず、反射部の位置決め精度の低下も問題
点となる。

【０００４】本発明は上記の課題を解決するために成さ
れたものであり、その目的は、プロセスの簡略化ならび
に反射部の位置決め精度を向上することである。詳しく
は、フォトリソグラフィ工程を一回とし、チャネル導波
路の形成と同時に反射部を形成することを可能とするこ
とである。又、製造工程において、反射部の反射面の大
きさと角度の制御を容易にすることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、光導波路にこ
の光導波路の外へ光を反射させる反射部をエッチングに
より形成する光導波路の製造方法において、基板上に面
状に形成された光導波路層上に、形成すべき光導波路の
所望パターンであって、水平方向のエッチング幅の２倍
以下の幅を有するスリットを有したエッチングマスクを
形成し、この後、化学的エッチッングと物理的エッチン
グとの複合されたエッチングにより、エッチングマスク
で覆われていない光導波路層をエッチングすることで、
導波路及び反射部を同時に形成し、この形成工程におい
て、スリットの幅を制御することで、スリットの直下に
形成される反射部の深さ及び反射面の角度を制御するこ
とを特徴とする。

【０００６】

【作用】エッチングマスクにスリットを形成することで
光導波路の形成と反射部との形成を同時に行うことがで
きる。この時、反射部の溝の深さ、即ち、反射面の大き
さと、溝の角度、即ち、反射面の角度は、スリットの幅
を変化させることで制御可能となる。本発明では等方性
の化学的エッチングと基板面に垂直な方向にのみエッチ
ングする物理的エッチングの複合されたエッチングで光
導波路と反射部が形成される。

【０００７】化学的エッチングと物理的エッチングとの
速度比を所望の値に設定して、光導波路層をエッチング
して光導波路を分離し、分離が完了した時点でエッチン
グを停止する。この間の水平方向のエッチング幅は化学
的エッチングの速度で決定される。一方、垂直方向のエ
ッチング速度は化学的エッチング速度と物理的エッチン
グ速度との和となる。一方、物理的エッチングの速度は
スリット幅によって変化させることができる。又、よっ
て、スリットの他の垂直方向のエッチング速度に対する
スリット部の垂直方向のエッチング速度の比はスリット
幅によって変化させることができる。即ち、スリット幅
により反射部の溝の深さは反射面の角度を制御すること
が可能となる。

【０００８】

【発明の効果】本発明は、光導波路の形成と反射部との
形成を同時に行うことができ、しかも、光導波路が分離
されたエッチング完了時における反射部の反射面の大き
さ（溝の深さ）及び反射面の角度は、スリットの幅で制
御できる。よって、製造が極めて簡単となる。又、スリ
ットで反射面が制御できることから、光の分離位置、分
岐量、分岐角が容易に制御できる。又、１つの光導波路
の複数の位置で幅の異なるスリットを設けることで、光
の各種の分岐が可能となり、複雑な光回路の設計及び製
造が容易となる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図３を用いて
説明する。図２において基板４上に低屈折率のフッ素系
樹脂で構成されたアンダークラッド層３１及び光導波路
層１１（コア層）としてポリメチルメタクレート（ＰＭ
ＭＡ）を順次ディップ法で積層成膜した。膜厚はそれぞ
れ、20μｍ及び、80μｍである。更にその上にフォトリ
ソグラフィ法によりアルミニウムのエッチングマスク５
を作製した。エッチングマスク５は、図１に示す光導波
路１の形状にパターン形成され、さらに、エッチングマ
スク５は、図２に示すように、光導波路１（チャネル型
光導波路）の光の進行方向に垂直に微小幅15μｍのスリ
ット２１が形成されている。尚、光導波路層１１の保護
の為、エッチングマスク５の下部にエッチング可能な保
護層を積層しても良い。

【００１０】エッチングは、平行平板型の反応性イオン
エッチング（ＲＩＥ）を用いた。ＲＩＥ等の反応性プラ
ズマを用いたエッチング法は、電界により加速された荷
電粒子による物理的なエッチングと反応性イオンによる
化学的エッチングが併用されている。一般的に基板上に
形成される光導波路１の断面は矩形状が要求され、その
ために、エッチングの異方性（基板面に対して垂直方向
と水平方向のエッチング速度比）が大きくなるエッチン
グ条件が選定される。

【００１１】本実施例では、エッチング条件を、反応ガ
スには酸素、エッチング圧力は５Pa、高周波電力は0.1W
/cm²、温度は40℃とした。エッチングは厚さＨのコア層
１１の不必要な部分のエッチングが完了して光導波路１
が分離され、基板面が露出した状態となる時を停止時と
した。このエッチングにおいて、上記構成のコア層１１
およびアンダークラッド層３１のエッチング特性はほぼ
同じであり、ＰＭＭＡから成るコア層１１のエッチング
異方性は10となった。このエッチング完了時における水
平方向のエッチング量は10μｍであった。

【００１２】スリット２１の直下のエッチングは、他の
部分に比べて、垂直方向のエッチング速度が遅くなり、
図１、図３に示すように、楔型形状とり、反射部２（面
外反射部）が形成された。上記のエッチングでは、幅Δ
Ｌ＝15μｍのスリット２１の直下の溝の深さΔＨは65μ
ｍとなった。この条件で、反射部２の頂角θは30°とな
った。

【００１３】図３に、エッチングマスク５を介して光導
波路層１１を異方性エッチングした後の各方向から見た
図を示す。図３では作製された光導波路１とエッチング
マスク５のみを記し、基板４は省略してある。化学的エ
ッチングが支配する基板面に対して水平方向のエッチン
グ量ΔＳと化学的エッチング及び物理的エッチングが重
畳支配する垂直方向のエッチング量Ｈとの比（Ｈ／Δ
Ｓ）がエッチングの異方性となる。

【００１４】異方性の量は一般的に、エッチングガス
種、ガス圧力、投入電力密度、温度等のエッチング条件
で決定される。今、エッチング条件が一定と考えれば、
微小幅のスリット２１直下のエッチング量は、図３に示
すように、水平方向のエッチング量ΔＳはマスクのスリ
ットΔＬの大きさにかかわらず一定であるが、垂直方向
のエッチング量はスリット２１を通過する際に物理的エ
ッチングが制限されるためΔＳ〜Ｈの間の値をとる。ど
の値を取るかはΔＬで決定される。

【００１５】物理的エッチング量の制限される理由は、
主として被加工材の帯電によると考えられる。従って、
スリット２１を介してエッチングされた反射部２の光の
進行方向に平行な断面形状は、幅が（ΔＬ＋２ΔＳ）
で、深さがΔＨの三角形を示す。

【００１６】次に、スリット幅ΔＬと、スリット２１の
直下の溝の深さΔＨのスリット２１が存在しない場合の
垂直方向のエッチング量Ｈに対する比Ｒ（＝ΔＨ／Ｈ）
との関係を測定した。この測定結果を図４に示す。尚、
この時の反応性イオンエッチングのエッチング条件は上
記の条件である。即ち、物理的エッチングと化学的エッ
チングそのそれぞれのエッチング速度を上記と同一とし
た。

【００１７】図４から明らかなように、ΔＬ≦２ΔＳの
範囲で比Ｒ（＝ΔＨ／Ｈ）は１以下となり、スリット２
１の幅ΔＬを制御することで、スリット２１直下の溝の
深さΔＨと反射部２の頂角θを制御することができる。
例えば、ΔＬ＝３ΔＳ／２とすれば、Ｒ＝０．７とする
ことができ、反射部２の深さは光導波路１の厚さの０．
７倍に制御することができる。

【００１８】又、頂角θは、次式で決定される。

【数１】 θ＝２tan^-1｛（ΔＬ／２＋ΔＳ）／ΔＨ｝ …(1)

【００１９】又、反射部２での反射量は、光導波路１と
必要に応じて光導波路１の周囲にコートされたオーバー
クラッドとの屈折率を一定と仮定すると、反射部２の深
さΔＨに主として依存する。従って、反射面の角度と反
射量はスリット２１の幅によって変化させることができ
る。従って、必要とする分岐光量及び指向性に対応した
微小幅のスリットを有するエッチングマスクを用いて、
異方性エッチングを行うことにより、光導波路１と反射
面２とを同時に形成することができる。

【００２０】尚、必要に応じて反射部２の一方もしくは
両方の反射面２６（図３の（ｂ）参照）に金属などの反
射膜を蒸着等により作製し、反射率を増加されても良
い。一般的に、エッチングマスク５はエッチング終了後
除去し、光導波路１を包むようにオーバクラッド層を施
した後、光ファイバとの結合を容易にする為、基板４の
端部に導波路断面が露出するまで研磨等により加工す
る。

【００２１】又、反射部２の断面形状は、図３の（ａ）
に示すようにΔＬ×Ｗのスリットについて説明したが、
矩形や曲率を有する形状でも同じである。例えば、隣接
する２辺とも（ΔＬ＋２ΔＳ）以下の矩形開口を有する
場合、エッチングの除去部の形状は逆四角錐となる。

【００２２】上述したように、本発明の面外反射部２を
有する光導波路１の製造方法は、反応性イオンエッチン
グ（ＲＩＥ）等の反応性のプラズマを用いて化学的エッ
チングと物理的エッチングを併用するエッチング法が使
用される。さらに、チャネル型の光導波路１を作製する
際、チャネル型の光導波路１のエッチングマスクパター
ン５中に物理的エッチングを制御するような微小幅のス
リット２１を設け、このスリット２１直下の垂直方向の
エッチング速度を低下させ、且つ、スリット１２１外の
部分に比べて、エッチングの異方性を小さくすることに
より面外反射部２を形成する方法である。本発明は、こ
の方法により、図１に示すように、垂直方向のエッチン
グ量の異なるチャネル型の光導波路１と面外反射部２を
同時に基板４上に構成する方法を特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体的な一実施例にかかる光導波路の
構成を示した斜視図。

【図２】同実施例の光導波路の製造方法を示す説明図。

【図３】反射部の構造を示した説明図。

【図４】スリット幅と垂直方向の非スリット部エッチン
グ速度に対するスリット部のエッチング速度の比との関
係を示した測定図。

【図５】従来例にかかる光導波路を示した説明図。

【図６】従来例にかかる光導波路を示した説明図。

【図７】従来例にかかる光導波路を示した説明図。

【符号の説明】

１…光導波路（チャネル型光導波路） ２…反射部（面外反射部） ３…アンダークラッド ３１…アンダークラッド層 ４…基板 ５…エッチッグマスク １１…光導波路層 １２…スリット

フロントページの続き (72)発明者 市川 正 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 加藤 覚 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光導波路にこの光導波路の外へ光を反射さ
   せる反射部をエッチングにより形成する光導波路の製造
   方法において、 基板上に面状に形成された光導波路層上に、形成すべき
   光導波路の所望パターンであって、水平方向のエッチン
   グ幅の２倍以下の幅を有するスリットを有したエッチン
   グマスクを形成し、 この後、化学的エッチッングと物理的エッチングとの複
   合されたエッチングにより、前記エッチングマスクで覆
   われていない前記光導波路層をエッチングすることで、
   前記導波路及び前記反射部を同時に形成し、 この形成工程において、前記スリットの幅を制御するこ
   とで、前記スリットの直下に形成される反射部の深さ及
   び反射面の角度を制御することを特徴とする光導波路の
   製造方法。