JPH08234034A

JPH08234034A - 光分岐回路の製造方法

Info

Publication number: JPH08234034A
Application number: JP6173695A
Authority: JP
Inventors: Manabu Kagami; 学各務; Kazuo Hasegawa; 和男長谷川; Tadashi Ichikawa; 正市川; Hiroshi Ito; 伊藤　　博
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1995-02-24
Filing date: 1995-02-24
Publication date: 1996-09-13

Abstract

(57)【要約】【目的】光分岐回路の汎用性に富んだ、効率のよい製造
を行うこと。【構成】光分岐回路１０は、透明なガラス基板２上に、
フルオロアルキルメタクリレートから成るアンダークラ
ッド層３と、ポリメチルメタクリル材から成り、溝部１
２に透明な高分子材料が溶解している溶液を付着させ、
その溶液を乾燥させることによって形成された反射ミラ
ー１３を有するコア層１（光導波路層）と、テフロン系
コーティング材から成るオーバークラッド層４と、光導
波路の保護のための上部基板５とが順次積層形成されて
構成され、反射ミラー１３の形状は溶液の粘度や溶解
性、溝部１２の溶液への浸漬時間、乾燥温度、乾燥時
間、雰囲気ガス等により制御される。

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
に分岐する光分岐回路の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７、図８は従来の面外分岐回路を有す
る光導波路の形成方法を示す素子の断面図である。面外
分岐はいずれも光導波路中に形成された傾斜ミラーによ
り構成されている。図７は、熱酸化シリコン基板２とそ
の上にフッ素化ポリイミド膜から成るコア層１とを積層
し、光導波路パターンとしてコア層１上に転写されたフ
ォトレジスト７のパターン中の任意箇所に、その厚みが
徐々に小さくなるような開口部７１を設けた後、酸素プ
ラズマＰによりドライエッチングを行うことで、チャネ
ル型光導波路を形成すると同時に、フォトレジスト７と
コア層１とのエッチング比から、コア層１中に傾斜部１
１を形成する方法を示している（特開平６−２６５７８
３号）。図８は、コア層１を作製後、レーザーアブレー
ション法により、レーザー光Ｂの照射量をビームスキャ
ンもしくはマスクを移動することにより変化させ、傾斜
部１１を形成することで傾斜ミラーを作製する方法を示
している(L.A.Hornak,"Polymers for lightwave and in
tegrated optics"p.250,Dekker,1992)。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
フォトレジスト７とコア層１とのエッチング比を利用す
る方法は、あるフォトマスクに対してフォトレジスト７
の膜厚とコア層１の膜厚との比が一義的に決まってしま
うために、膜厚の変化に対応がしにくいという問題があ
る。また、厚膜のコア層１に対しては、スピンコーティ
ング等によるフォトレジスト７の成膜の困難さや、フォ
トレジスト７の露光感度特性の制御が必要となるので、
厚膜のフォトレジスト７への傾斜部形成が極めて難しく
なると共に、再現性が悪くなるという問題がある。その
結果、分岐光の指向性や分岐比（反射により分岐される
光量と分岐部を通過する光量の比）の制御性を悪くして
いる。他の技術であるレーザーアブレーション法では、
レーザーを走査しながら１個ずつ反射部を形成するた
め、複数個の反射部を形成するには時間がかかると共に
再現性も悪い。

【０００４】従って、本発明の目的は、光分岐回路の汎
用性に富んだ、効率のよい製造方法を提供することであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の構成は、基板上に形成された光導波路に、
該光導波路内を通る導波光の一部もしくは全部を反射す
るミラーが一体的に形成された光分岐回路の製造方法で
あって、（ａ）透明基板上に、アンダークラッド層、光
導波路層を順次成膜する工程と、（ｂ）光導波路のパタ
ーンの一部に開口部を備えたエッチングマスクをフォト
リソグラフィー法により光導波路層上に転写する工程
と、（ｃ）転写されたエッチングマスクを介してその下
層の光導波路層をドライエッチング法によりエッチング
する工程と、（ｄ）ドライエッチングにより形成された
光導波路層中の溝部に透明な高分子材料が溶解している
溶液を付着させ、該溝部に表面張力により留まった該溶
液以外を概略除去した後、該溝部に表面張力により留ま
った該溶液を徐々に乾燥する工程とから成ることを特徴
とする。

【０００６】また、第二の発明の構成は、溶液の粘度ま
たは乾燥温度、乾燥時間、雰囲気ガス等溝部の乾燥時に
おける乾燥条件の少なくとも一つを制御して、溝部中に
滞留した溶液を乾燥することにより、乾燥後の溝部の形
状を制御することを特徴とする。

【０００７】第三の発明の構成は、溝部への溶液の付着
法として、溝部を溶液中に浸漬した後、引き上げること
を特徴とする。

【０００８】第四の発明の構成は、溝部の溶液中に浸漬
される時間を制御して、乾燥後の溝部の形状を制御する
ことを特徴とする。

【０００９】第五の発明の構成は、溶液に用いる溶媒が
光導波路層を溶解するものを用いることを特徴とする。

【００１０】

【作用及び効果】上記構成により、本発明の第一の作用
は、透明基板上に、アンダークラッド層、光導波路層を
順次成膜する工程と、光導波路のパターンの一部に開口
部を備えたエッチングマスクをフォトリソグラフィー法
により光導波路層上に転写する工程と、転写されたエッ
チングマスクを介してその下層の光導波路層をドライエ
ッチング法によりエッチングする工程と、ドライエッチ
ングにより形成された光導波路層中の溝部に透明な高分
子材料が溶解している溶液を付着させ、該溝部に表面張
力により留まった該溶液以外を概略除去した後、該溝部
に表面張力により留まった該溶液を徐々に乾燥する工程
とを用いて、光導波路内を通る導波光の一部もしくは全
部を反射するミラーを一体的に形成することであり、そ
の効果は、ミラー形成時にコア層の厚さに応じてフォト
マスクの透過率やレジストの厚さを変化させる必要がな
く、光分岐回路の生産効率が向上する。（請求項１〜請
求項５）

【００１１】第二の作用は、溶液の粘度または光導波路
層に形成された溝部の乾燥時の乾燥条件（乾燥温度、乾
燥時間、雰囲気ガス）の少なくとも一つを制御して、溝
部中に滞留した溶液を乾燥することにより、乾燥後の溝
部の形状を制御することであり、その効果は、分岐光の
指向性を決定する溝部の傾斜角度や分岐光の分岐比を決
定する主たる要因である溝部の深さを制御することがで
き、光分岐回路の製造の自由度を高めることができる。
（請求項２、請求項４、請求項５）

【００１２】第三の作用は、リッジ型光導波路が形成さ
れている基板を透明な高分子材料が溶解している溶液中
に浸漬した後、引き上げることにより溝部へその溶液を
付着させることであり、その効果は、ディスペンサーな
どで個別に滴下する方法に比べて溝部への溶液の付着を
一度に多くの基板で容易に行うことができ、光分岐回路
の生産性をより向上させることができる。（請求項３〜
請求項５）

【００１３】第四の作用は、溝部の溶液中に浸漬される
時間を制御することであり、その効果は、浸漬時間の長
さと共に浅く放物断面状に丸くなった傾斜面を得ること
ができる。（請求項４、請求項５）

【００１４】第五の作用は、光導波路層を溶解する溶媒
を透明な高分子材料が溶解している溶液に用いることで
あり、その効果は、溶液付着時に光導波路層を溶解し、
その光導波路層が高粘度化するために滑らかな曲面を有
する傾斜面を得ることができる。（請求項５）

【００１５】

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図１は、本発明の埋め込み型光導波路における
光分岐回路の製造方法の実施例を示している。この実施
例は、図１（６）に示すように、コア層１（ここではポ
リメチルメタクリレートＡ₁：光導波路層に相当）をア
ンダークラッド層３（ここではフルオロアルキルメタク
リレートＡ₃）及びオーバークラッド層４（コア層１よ
りも低屈折率のシリコン樹脂またはテフロン樹脂Ａ₄）
との間に埋め込んだ埋め込み型の光分岐回路１０の例で
あり、コア層１となるポリメチルメタクリレートＡ₁に
エッチングマスク６（例えばアルミニウム）をフォトリ
ソグラフィー法等により形成し、酸素プラズマＰの反応
性イオンエッチングにより所定箇所に溝部１２を有した
リッジ型光導波路を形成し、この溝部１２中に透明な高
分子材料（ここではポリメチルメタクリレート）が溶解
している溶液を、その溶液の表面張力で留まる程度の量
を注入した後に乾燥させることにより、溝部１２に反射
ミラー１３を形成し、必要に応じてこの反射ミラー１３
に金属反射膜を蒸着した後にオーバークラッド４で埋め
込み、光分岐回路１０を形成するものである。

【００１６】ここで、高分子材料が溶解している溶液の
表面張力及び溝部の開口部形状と反射ミラーの底面形状
との関係について以下に説明する。例えば、矩形開口部
を有する四角柱形の溝１７（図５参照）であれば、溶液
は上面を除く５つの面の表面張力を受けるため、溶液の
硬化後は反射ミラー面１４になる溝が四角錐形状となり
（図３（１）参照）、開口部が小さくなるにしたがっ
て、溝部内の溶液１６が表面張力を強く受けるため、硬
化後の溶液１６の形状は三角錐形状もしくは円錐形状に
なってくる（図３（２）参照）。この結果、反射ミラー
１３が形成される。

【００１７】また、断面が三角形状の溝部１５（図４
（１）参照）であっても、同様に各面からの表面張力に
より三角錐形状もしくは円錐形状の反射ミラー１３が形
成される（図４（２）参照）。光導波路の長手方向に対
して垂直なスリット状の開口部１８（図６参照）に対し
ては、同様に開口部１８が小さくなるにしたがって、溝
の形状が台形断面から放物線状断面もしくは三角形状断
面の柱状となる。即ち、上記に示される構成において、
反応性イオンエッチング等を行うことで、光導波路中に
溝部を有するチャネル型光導波路を作製し、この溝部に
溶液を表面張力により付着させて硬化させることによ
り、溝部が傾斜面を有する形状に変形し、反射ミラーが
形成される。以下、製造工程順に詳述する。

【００１８】まず、透明なガラス基板２上に、アンダー
クラッド層３としてのフルオロアルキルメタクリレート
及びコア層１としてのポリメチルメタクリル材をそれぞ
れディップコーティング法により塗布し、所定の厚さ
（例えば、それぞれ２０μｍ、１００μｍ）になるまで
複数回成膜した後、乾燥させる（図１（１）参照）。

【００１９】次に、コア層１上にエッチングマスク６と
してのアルミニウムを電子ビーム蒸着により堆積（例え
ば、厚さ１μｍ）させ、この後、ポジ型フォトレジスト
を回転塗布により１μｍ程度成膜する。このポジ型フォ
トレジストを通常のフォトリソグラフィ法によって、露
光、現像、ベークした後、光導波路パターン以外の部分
及び溝部１２のマスク材をウェットエッチングにより除
去し、溝部１２に対応する箇所に開口部６１を有するエ
ッチングマスク６を形成する（図１（２）参照）。

【００２０】続いて、反応性イオンエッチングによりエ
ッチングマスク６の開口部６１をエッチングする。この
とき、光導波路以外の部分はアンダークラッド層３に達
するまでエッチングを行うと共に、反射ミラー１３は微
小開口マスク（特願平６−１３３６８９号公報記載）を
用いて光導波路の所望の位置でエッチングが停止した溝
部１２となっている。即ち、開口部６１では垂直方向の
物理的エッチングが制限されるために、反応性イオンに
よる化学的エッチングと電界により加速された荷電粒子
による物理的エッチングとを併用した反応性イオンエン
チングを、開口部６１と他の部分とに対して同時に行う
ことにより、開口部６１以外ではアンダークラッド層３
までエッチングされるが、開口部６１では垂直方向のエ
ッチング速度が遅くなるためにアンダークラッド層３ま
でエッチングされず、楔型の溝部１２が形成される。本
実施例では、コア層１の断面形状は１００μｍ角であ
り、溝部１２は深さ約７０μｍで光導波路横方向にスリ
ット状に形成され、３０μｍ×１００μｍの開口部を有
する三角柱形状をなしている（図１（３）参照）。

【００２１】この後、溶媒（ここでは、モノクロロベン
ゼン）中にポリメチルメタクリレートを重量比で６％溶
解したものを溶液として用い、この溶液中に作製したリ
ッジ型光導波路を浸漬し、ゆっくり（例えば、速度２０
ｍｍ／分）引き上げることにより、溝部１２中に表面張
力により溶液が付着し、この状態のまま溶媒を乾燥させ
ることによって、反射ミラー１３が光導波路中に形成さ
れる（図１（４）参照）。このとき、溶液付着時の条件
は、例えば、浸漬時間を３０秒、溶液からの引き上げ速
度を２０ｍｍ／分で行った。また、乾燥条件は、モノク
ロロベンゼン中でバブリングしたＮ₂ガスを流量１５０
ｃｍ³／分で内径８ｃｍの円筒内に送風して、この円筒
内（温度２５°Ｃ）で１０分間行った。

【００２２】反射ミラー１３の形成後、リッジ型光導波
路及び溝部１２をオーバークラッド４としてのテフロン
系コーティング材Ａ₄（例えば、旭硝子（株）製サイト
ップ^TM）で埋め込むことにより、埋め込み型光導波路を
作製する。オーバークラッド４のコーティング方法はデ
ィップコーティング法を用いた。尚、本実施例ではオー
バークラッド４上に光導波路の保護のために上部基板５
を接着させ、光分岐回路１０を形成した。ここで、オー
バークラッド４として、テフロン系コーティング材の他
に、シリコン樹脂などのコア層１より屈折率の低い材料
も可能である（図１（５）参照）。

【００２３】以上のように製造された光分岐回路１０に
おいて、フルオロアルキルメタクリレート、ポリメチル
メタクリレート、テフロン系コーティング材から構成さ
れる埋め込み型光導波路中を伝送する導波光Ｌは、コア
層１中に形成された反射ミラー１３において反射し、空
気中に取り出すことができる（図１（６）参照）。ま
た、溝部１２への溶液の付着方法を、溶液中に基板ごと
浸漬させる方法とすることにより、従来のようにディス
ペンサーなどで個別に滴下する方法に比べて容易に行う
ことができる。

【００２４】本実施例の一例として、反射ミラー１３で
の反射率を高めるために、反射ミラー１３の傾斜面に対
し２０００Å厚のアルミニウムを蒸着して、分岐比０．
１７を得た。また、指向性はガラス基板１の面に対して
垂直上方（図１（６）では紙面下方への放射状態を表
示）に放射ピークを有する放射光パターンとなった。

【００２５】ここで、リッジ型光導波路を溶液に浸漬す
る時間と埋め込み型光導波路の作製後の面外分岐された
光の放射ピーク角度（ガラス基板１面に対する垂直方向
を基準とした、ガラス基板１外へ最も強く放射される方
向までの角度）との関係を図２に示す。溶液付着時の条
件は、引き上げ速度を２０ｍｍ／分に一定にして行い、
乾燥条件は前述と同一とした。図２からわかるように、
浸漬時間が長いほど反射ミラー１３が浅くなると共に、
反射ミラー１３の傾斜面が放物断面状に丸くなった結
果、放射ピーク角度が大きくなっている。

【００２６】また、反射ミラー１３が浅くなるというこ
とは、分岐される光の光量が減るということであり、こ
のように、同じ溝部１２を形成しておいても、溝部１２
の溶液への浸漬時間を制御することにより、反射ミラー
１３の深さや斜面の角度を制御し、分岐される光の指向
性や光量（分岐比）を制御することが可能となる。さら
に、浸漬時間だけではなく、引き上げ後の乾燥時間を変
化させることによっても同様の制御ができる。即ち、乾
燥をゆっくり行うと、増粘された溶液がゆっくりと溝付
近で移動することが可能となるので、結局、前述の浸漬
時間の長い場合と同様の効果をもたらす。ここで、乾燥
時間は乾燥用ガスの流量とガスに含まれる溶媒（溶液と
同じもの）の濃度により制御する。

【００２７】また、溶液に使用する溶媒をコア層１に対
して溶解性のあるものを用いることにより、反応性イオ
ンエッチングの際にダメージを受けたコア層１の側壁に
対して平滑化を行う効果があると共に、コア層１を溶解
することにより、溝部１２内に滞留した溶液が高粘度化
するために、比較的大きな溝部１２に対しても滑らかな
傾斜面を有する反射ミラー１３を形成することができ
る。さらに、反応性イオンエッチングによって溝部１２
の形成時に、溝部１２の幅や深さを制御することによっ
て、反射ミラー１３の深さ及び斜面の角度を制御し、分
岐光の指向性や分岐比を制御することもできる。

【００２８】本実施例では、反射ミラー１３の深さ及び
斜面の角度を制御する因子として、溝部１２の溶液への
浸漬時間を用いた例を示したが、これに限定されるもの
ではなく、反射ミラー１３の斜面の角度は溶液の表面張
力に依存しているために、溶液の粘度、溶液からの引き
上げ速度、乾燥温度、乾燥時間、乾燥時の雰囲気ガスな
ど溶液の表面張力を変化させる因子を用いて、反射ミラ
ー１３の深さ及び斜面の角度を制御してもよい。

【００２９】尚、上記に示すように本発明を実施例に基
づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定
されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲におい
て、種々変更可能であることはもちろんである。例え
ば、溝部１２の形状としては、本実施例では三角柱形状
としたが、四角柱やその他不定形状であっても構わない
ことは言うまでもない。さらに、エッチング方法として
は、反応性イオンエッチングを取り上げたが、エキシマ
レーザなどによるエッチング法を用いてもよい。

【００３０】本実施例では、反射ミラー１３の傾斜面に
アルミニウムの反射膜を形成した例を示したが、これは
反射効率を高めるためのものであって、必ずしも必要で
はなく、用いなくともよい。また、本実施例では、オー
バークラッド層４としてシリコン樹脂等を用いたが、オ
ーバークラッド層４を空気としたリッジ型光導波路でも
光回路部品として使用可能である。尚、本実施例では、
フルオロアルキルメタクリレートから成るアンダークラ
ッド層３を形成した例を示したが、使用するガラス基板
２の屈折率がコア層１の屈折率より小さい場合は、アン
ダークラッド層３を省略してもよい。

【００３１】上記に示されるように、本発明によれば、
コア層（光導波路層）中に形成された溝部に高分子材料
が溶解した溶液を表面張力により選択的に付着させた後
に乾燥することによって、大面積で数多くの光分岐回路
が必要な光導波路回路構成において、反射ミラーを一括
して短時間に作製することができ、光分岐回路の製造効
率を大幅に向上させることができる。また、光導波路層
の厚さ、分岐光の指向性、光量の変化に対しても、溶液
の条件（粘度、溶解性）、溝部への溶液付着時の条件
（浸漬時間）、乾燥条件（温度、時間、雰囲気ガス）だ
けで反射ミラーの形状（深さ、斜面の角度）の制御が可
能となるので、汎用性に富む光分岐回路の製造方法が実
現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる第一実施例における光分岐回路
の形成方法を工程順に示した縦断面図。

【図２】本発明に係わる第一実施例における溶液への浸
漬時間と放射ピーク角度との関係を示したグラフ。

【図３】矩形断面の溝中に溶液が付着して反射ミラーを
形成する様子を示した光導波路断面図。

【図４】三形断面の溝中に溶液が付着して反射ミラーを
形成する様子を示した光導波路断面図。

【図５】チャネル型光導波路に設けられた反射ミラー形
成用の矩形開口溝の一例を示した斜視図。

【図６】チャネル型光導波路に設けられた反射ミラー形
成用のスリット状の開口溝の一例を示した斜視図。

【図７】フォトレジストの傾斜を利用して傾斜部を作製
する従来の形成方法を示した断面図。

【図８】レーザーアブレーション法を利用して傾斜部を
作製する従来の形成方法を示した断面図。

【符号の説明】

１コア層（光導波路層）２ガラス基板（透明基板）３アンダークラッド層４オーバークラッド層５上部基板６エッチングマスク７フォトレジスト１０光分岐回路

───────────────────────────────────────────────────── 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)発明者伊藤博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

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された光導波路に、該光導波
路内を通る導波光の一部もしくは全部を反射するミラー
が一体的に形成された光分岐回路の製造方法であって、
（ａ）透明基板上に、アンダークラッド層、光導波路層
を順次成膜する工程と、（ｂ）前記光導波路のパターン
の一部に開口部を備えたエッチングマスクをフォトリソ
グラフィー法により前記光導波路層上に転写する工程
と、（ｃ）前記転写されたエッチングマスクを介してそ
の下層の前記光導波路層をドライエッチング法によりエ
ッチングする工程と、（ｄ）ドライエッチングにより形
成された前記光導波路層中の溝部に透明な高分子材料が
溶解している溶液を付着させ、該溝部に表面張力により
留まった該溶液以外を概略除去した後、該溝部に表面張
力により留まった該溶液を徐々に乾燥する工程とから成
ることを特徴とする光分岐回路の製造方法。
【請求項２】前記溶液の粘度または乾燥温度、乾燥時
間、雰囲気ガス等前記溝部の乾燥時における乾燥条件の
少なくとも一つを制御して、前記溝部中に滞留した前記
溶液を乾燥することにより、乾燥後の前記溝部の形状を
制御することを特徴とする請求項１に記載の光分岐回路
の製造方法。
【請求項３】前記溝部への前記溶液の付着法として、前
記溝部を前記溶液中に浸漬した後、引き上げることを特
徴とする請求項１に記載の光分岐回路の製造方法。
【請求項４】前記溝部の前記溶液中に浸漬される時間を
制御して、乾燥後の前記溝部の形状を制御することを特
徴とする請求項３に記載の光分岐回路の製造方法。
【請求項５】前記溶液に用いる溶媒が前記光導波路層を
溶解するものを用いることを特徴とする請求項１から請
求項４のいずれかに記載の光分岐回路の製造方法。