JPH1152159A - 光導波路の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 性能を維持しながら大量生産が可能でコスト
面でも有利な工程を含む実用的な光導波路の製造方法を
提供する。 【解決手段】 ガラス基板３１に型押し成形によってコ
アパターン形状を有する溝を形成し、形成された溝にコ
ア材料として紫外光硬化性樹脂３２を充填し、さらに第
２のガラス基板３３でコア材料を挟み、紫外光を照射し
て樹脂を硬化させコアとすることによって光導波路を製
造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は主として光通信に用
いられる光導波路の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信分野において、高度な光信号処理
を行うために各種機能を持つ光集積回路の研究開発が盛
んに行われている。光集積回路は光導波路を基本要素と
しており、光導波路は相対的に屈折率の高いコア領域を
相対的に屈折率の低いクラッド層で覆うことによってコ
ア領域に光を閉じこめて伝搬させるものであり、コア領
域をパターン化して配列することで、多種の機能を実現
している。

【０００３】光導波路の作成工程は大別して２つに分け
られる。一つはコア、クラッドを膜として形成していく
工程であるが、コアおよびクラッドには数μｍ〜数十μ
ｍという厚膜を要求されるとともに、光の伝搬するコア
領域には高い膜厚精度と低い光損失性が求められる。こ
のような膜形成方法として、石英系材料に対しては火炎
堆積法、ＣＶＤ法、蒸着法、スパッタ法、ゾルゲル法、
イオン拡散法などが、また有機系材料としては紫外線硬
化樹脂や熱硬化樹脂を用いたものがそれぞれ提案されて
いる。

【０００４】もう一つはコアをパターニングする工程で
あるが、これにはまずコア層を形成してから矩形断面に
コアを加工し、所望のパターンを形成する方法と、下部
クラッドを兼ねた基板に所望のパターン形状をもつ溝を
予め作成しておき、その溝にコア材料を充填する方法が
ある。特にフォトリソグラフィとドライエッチングを用
いてコアをパターニングしたり、溝を形成することが行
われている。

【０００５】特に石英系光導波路の製造方法としては、
図４のようにコア、クラッド膜形成方法として火炎堆積
法、コアパターン形成法としてイオンエッチング法を用
いるものが代表的である（例えば、河内、オプトロニク
ス Ｎｏ．８ ８５ １９８８）。

【０００６】

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、膜形
成工程、コアパターニング工程に多くの提案がなされて
いるにも関わらず、未だに性能、量産性、低コスト性を
兼ね備えた光導波路の製造方法は皆無である。これは各
種膜形成法が利点と欠点を合わせもっているためであ
る。例えば火炎堆積法やＣＶＤ法では良質なコアが作成
できるが、両者とも爆発性ガスを用いるため、安全対策
として設備面で多くの工夫が必要となる。また火炎堆積
法はメカニズムが複雑なために膜性能の再現性が低く、
ＣＶＤ法は成膜速度が極めて遅く、量産面で難点があ
る。

【０００７】また、電子ビーム蒸着やスパッタ法でも低
損失な膜形成が可能であるが、膜の形成速度が遅いため
に、通常１０〜数十μｍ程度の膜厚を必要とする光導波
路の作製プロセスとしてはコスト的に課題がある。

【０００８】一方、コアのパターニング方法として最も
代表的であるフォトリソグラフィとドライエッチングに
ついても、非常に工程が複雑であるとともに多くの設備
が必要なためにコスト面で課題を抱えている。

【０００９】このような点を鑑み、本発明は、性能、量
産性、低コスト性を兼ね備えた光導波路の製造方法を提
供することを目的とする。

【００１０】

【問題点を解決するための手段】このような課題を解決
すべく本発明の光導波路の第１の製造方法は、コア層と
クラッド層とを含む光導波路の製造方法であって、コア
層またはクラッド層の少なくとも一部を溶射法を用いて
形成することを特徴とする。

【００１１】この方法は、爆発性ガスが不必要で設備も
複雑でなく、また特性の再現性も比較的よいという利点
を有する溶射法を用いているため、性能、量産性、低コ
スト性を兼ね備えた光導波路の製造方法となる。

【００１２】前記方法においては、下部クラッド層とな
る光学的に透明な基板の表面にパターン化したコア層を
形成する工程と、上部クラッド層となる光学的に透明な
層を溶射法により形成する工程とを含むことが好まし
い。

【００１３】この好ましい例によれば、量産性に優れた
溶射法を比較的要求性能の緩やかなクラッド層形成に利
用しているため、さらに性能面などで好ましい光導波路
の製造方法とすることができる。

【００１４】本発明の光導波路の第２の製造方法は、コ
ア層とクラッド層とを含む光導波路の製造方法であっ
て、下部クラッド層となる光学的に透明な第１の基板に
型押し成形によってコアパターン形状を有する溝を形成
する工程と、前記溝にコア材料として光硬化性樹脂を充
填する工程と、上部クラッド層となる光学的に透明な第
２の基板と前記第１の基板とにより前記光硬化性樹脂を
挟み、この光硬化性樹脂を光照射により硬化させてコア
層とする工程を含むことを特徴とする。

【００１５】この方法は、工程が比較的簡単で、大がか
りな設備を必要とせずに微細なパターンを一括して形成
できる型押し成形を用いているため、性能、量産性、低
コスト性を兼ね備えた光導波路の製造方法となる。型押
し成形は特に量産面で有利である。

【００１６】前記方法においては、前記第１および第２
の基板の少なくとも一方がプラスチックからなることが
好ましい。コスト面などでさらに有利だからである。

【００１７】このように、本発明の製造方法は、設備が
大がかりでなく複雑な工程を用いずに光導波路を製造す
ることに主眼を置くものである。すなわち、第１の製造
方法は高速かつ大面積に成膜できる溶射法を用いて光導
波路を製造するものであり、第２の製造方法はクラッド
を兼ねた第１の基板にコアパターン溝を一括で型押し成
形し、この溝に光硬化性樹脂を充填し、クラッドを兼ね
た第２の基板を接合するものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照しながら説明する。 （第１の実施形態）図１はクラッド作成に溶射法を用い
た光導波路の製造方法の一例である。下部クラッドを兼
ねた石英ガラス基板１１に電子ビーム（ＥＢ）蒸着によ
って膜厚８μｍのコア層１２を形成する。コア層１２の
材料としてはＳｉＯ₂／ＧｅＯ₂の混合焼結体が用いられ
ている。この後、フォトリソグラフィ、反応性イオンエ
ッチングによりコアを８μｍ角にパターニングしてから
プラズマ溶射を用いて膜厚３０μｍのＳｉＯ₂からなる
上部クラッド層１４を形成し、最後に約１２００〜１５
００℃の温度で焼成して光導波路が作製される。

【００１９】図２はプラズマ溶射装置のトーチの概略図
を示している。この装置には、Ａｒを主成分とするガス
２１と原料粉末２２とが供給される。アノード、カソー
ド２３間にＤＣバイアスをかけることでアーク放電を発
生させてプラズマジェットを起こし、そのエネルギーに
より供給される粉末が加速、溶融して基板に吹きつけら
れる。

【００２０】このような溶射法を用いれば、数μｍ／秒
の膜形成速度は十分に得られ、少なくとも１０〜２０μ
ｍ以上の膜厚を必要とするクラッド層を極めて短時間で
形成することができる。また、トーチをスライドさせな
がらコーティングすることで大面積化が可能であるとと
もに面内の膜厚分布を均一化することができる。膜形成
速度についてはトーチと基板間の距離、使用する材料パ
ウダの粒径を適当に選べば最適化が可能である。

【００２１】従来用いられていたクラッド層の代表的な
形成プロセスである火炎堆積法と溶射法とを比較する
と、火炎堆積法はコア、クラッドともに非常に良質な導
波路を形成できるが、爆発性ガスを用いるために安全対
策が必要で、そのための付帯設備が必要となって設備コ
ストが高価になる課題があった。また、プロセス上のメ
カニズムが非常に複雑なため特性の再現性に乏しく、結
果として歩留まり低下を招いていた。

【００２２】一方、溶射法は爆発性ガスが不必要で設備
は複雑でなく、また特性の再現性も比較的良好である。
溶射法は、比較的要求性能の緩やかなクラッド形成に特
に適しているが、コアの形成も可能である。

【００２３】なお、本発明では基板として石英ガラスを
用いているが、１２００℃程度で耐えられるもの、例え
ばシリコン（Ｓｉ）基板などであってもよい。この場合
には下部クラッド層も溶射法により形成することができ
る。

【００２４】また、本発明では大気圧下での溶射法を用
いたが、チャンバ内に溶射トーチを設け、真空引きした
のちＡｒなどの不活性ガスを導入して２０〜３５０Torr
程度に減圧して溶射すれば、さらに良質なクラッド層を
得ることができる。

【００２５】また、本実施形態においてはクラッドを溶
射法のみで形成したが、コア近傍の１０μｍ程度のクラ
ッド部をＥＢ蒸着やスパッタなどのより低損失なプロセ
スで形成し、その上から溶射法を用いてクラッドを作製
すればさらに低損失な光導波路を作製することが可能で
ある。

【００２６】（第２の実施形態）図３は型押し成形を用
いた本発明の実施の形態の例を示す図である。下部クラ
ッド層を兼ねたガラス基板３１にコアパターン状に凸型
に加工された金型を押しつけ、加圧成形することで基板
上に一括でコアパターン溝（８μｍ角）を形成する。

【００２７】次にコアパターン溝に光硬化樹脂として紫
外線硬化樹脂を充填する。樹脂材料としては、例えばエ
ポキシ系モノマのように、粘性が１００ｃｐｓ以下と低
く、室温でも流動性を有するものが望ましい。このよう
な樹脂を用いると、溝から溢れる樹脂の量を、コア内の
導波性能に影響を与えない程度の微量に制限することが
できるとともに、後工程で樹脂内の気泡を取り除くこと
ができる。

【００２８】さらに上部クラッドとして別のガラス基板
をコア部に押しつけ、これを数十Ｔｏｒｒ程度の減圧下
に保持することで樹脂内の気泡を取り除いた後、紫外光
を照射することによりコア部を硬化させるとともに、上
下の基板を接着することによって、埋め込み型の光導波
路を作製することができる。

【００２９】従来、溝を形成してこれに樹脂を充填して
光導波路を形成する提案がなされている。溝の形成方法
には主にイオンエッチングが用いられているが非常に複
雑な工程や設備が必要であり、コスト面で課題を生じ
る。他に射出成形や、レーザによる溝加工も提案されて
いるが、ともに微細なコアパターンを作ることが困難
で、基板材料にも大きな制約がある。

【００３０】本実施形態の製造方法はコアのパターニン
グに型押し成形を用いている。型押し成形は工程が比較
的簡単で、大がかりな設備を必要せずに微細なパターン
を一括で実現できるため、量産面で非常に有利である。
基板についてもガラスのみならず、より安価なプラスチ
ックにも適用が可能である。

【００３１】また、基板がクラッド層を兼ねているため
に石英系の導波路作製にしばしば必要となる高温プロセ
スや高真空プロセスが不要であり、極めて安価に光導波
路を製造することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、本発明の光導波路の製造
方法によれば、（１）高速化、大面積化が容易な溶射法
を用いて膜形成する、または（２）下部クラッドを兼ね
た第１の基板に型押し成形によりコアパターン溝を一度
に形成し、この溝に紫外線硬化樹脂など光硬化性樹脂を
充填し、上部クラッドを兼ねた第２の基板と第１の基板
とにより光硬化性樹脂を挟んで、光を照射して樹脂を硬
化してコア層とするとともに両基板を接合する、ことに
より、性能、量産性、低コスト性をいずれにおいても優
れた製造方法とすることができる。

【００３３】また、（２）の方法によれば、高温プロセ
スや高真空プロセスを用いないのでプラスチックのよう
な耐熱性の低い基板にも適用できるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の製造方法の一例を示す図であ
る。

【図２】 プラズマ溶射装置のトーチの概略を示す図で
ある。

【図３】 本発明の第２の製造方法の一例を示す図であ
る。

【図４】 従来の光導波路の製造方法の一例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１１、４１ 石英基板（下部クラッド膜） １２、４２ ＳｉＯ₂−ＧｅＯ₂よりなるコア膜 １３、４３ パターニングされたコア膜 １４、４４ 上部クラッド膜 ２１ 供給ガス ２２ 原料粉末 ２３ カソード ３１、３３ ガラス基板 ３２ 紫外線硬化樹脂

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コア層とクラッド層とを含む光導波路の
   製造方法であって、コア層またはクラッド層の少なくと
   も一部を溶射法を用いて形成することを特徴とする光導
   波路の製造方法。
2. 【請求項２】 下部クラッド層となる光学的に透明な基
   板の表面にパターン化したコア層を形成する工程と、上
   部クラッド層となる光学的に透明な層を溶射法により形
   成する工程とを含む請求項１に記載の光導波路の製造方
   法。
3. 【請求項３】 コア層とクラッド層とを含む光導波路の
   製造方法であって、下部クラッド層となる光学的に透明
   な第１の基板に型押し成形によってコアパターン形状を
   有する溝を形成する工程と、前記溝にコア材料として光
   硬化性樹脂を充填する工程と、上部クラッド層となる光
   学的に透明な第２の基板と前記第１の基板とにより前記
   光硬化性樹脂を挟み、この光硬化性樹脂を光照射により
   硬化させてコア層とする工程を含むことを特徴とする光
   導波路の製造方法。
4. 【請求項４】 前記第１および第２の基板の少なくとも
   一方がプラスチックからなる請求項３に記載の光導波路
   の製造方法。