(57)【要約】【課題】  製造が容易、かつ、安価なガラス導波路型光回路の製造方法を提供するものである。【解決手段】  本発明に係るガラス導波路型光回路の製造方法は、ガラス基板１１上に、所定形状の光信号処理回路パターンを有するガラス導波路型光回路を製造する方法であって、  屈折率がｎｓのガラス基板１１上に、屈折率がｎｈ（＞ｎｓ）の高屈折率ガラス層１２を形成する工程、  その高屈折率ガラス層１２上に、光信号処理回路パターンと同形状のメタルパターン１３ａを形成する工程、  レーザビームＬをメタルパターン１３ａに沿って照射、走査し、高屈折率ガラス層１２の表面に、メタルパターン１３ａを取り囲むパターン溝１４を形成する工程、  そのパターン溝１４に屈折率がｎｕ（＜ｎｈ）の低屈折率材料１５を埋設する工程、を備えたものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板上に、所定形状の光信号処理回路パターンを有するガラス導波路型光回路を製造する方法であって、
屈折率がｎｓのガラス基板上に、屈折率がｎｈ（＞ｎｓ）の高屈折率ガラス層を形成する工程、
その高屈折率ガラス層上に、上記光信号処理回路パターンと同形状のメタルパターンを形成する工程、
レーザビームを上記メタルパターンに沿って照射、走査し、高屈折率ガラス層の表面に、メタルパターンを取り囲むパターン溝を形成する工程、
そのパターン溝に屈折率がｎｕ（＜ｎｈ）の低屈折率材料を埋設する工程、
を備えたことを特徴とするガラス導波路型光回路の製造方法。
【請求項２】
上記低屈折率材料の埋設工程の後段に、上記高屈折率ガラス層の表面全面を、クラッド層で覆設する工程を備えた請求項１記載のガラス導波路型光回路の製造方法。
【請求項３】
上記高屈折率ガラス層の形成工程の後段に、800℃以上の温度で安定化熱処理を行う工程を備えた請求項１又は２記載のガラス導波路型光回路の製造方法。
【請求項４】
上記低屈折率材料の埋設工程の前段に、800℃以上の温度で安定化熱処理を行う工程を備えた請求項１又は２記載のガラス導波路型光回路の製造方法。
【請求項５】
上記高屈折率ガラス層の形成工程の前段に、ガラス基板上に屈折率がｎｂ（＜ｎｈ）のバッファ層を形成する工程を備えた請求項１から４いずれかに記載のガラス導波路型光回路の製造方法。
【請求項６】
上記レーザビームをガルバノミラーを用いて走査させる請求項１から５いずれかに記載のガラス導波路型光回路の製造方法。
【請求項７】
上記パターン溝を、上記高屈折率ガラス層の層厚以上の深さに形成する請求項１から６いずれかに記載のガラス導波路型光回路の製造方法。
【請求項８】
上記メタルパターンを、Cu、W、Al、Ni、Cr、及びWSiの群から選択される１種で構成した請求項１から７いずれかに記載のガラス導波路型光回路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビーム加工、特に、CO2レーザビームによるビーム加工を用いて光信号処理回路パターンを形成するガラス導波路型光回路の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光通信用のガラス導波路構造として、図５（ｃ）に示す構造のものがすでに実用化されている。図５（ｃ）に示すように、ガラス導波路５０は、基板４１の上に下部クラッド層４２を設け、その下部クラッド層４２の上に断面矩形状のコアパターン４３ａを設け、そのコアパターン４３ａ及び下部クラッド層４２全面を覆うように低屈折率（ｎｂ）の上部クラッド層５４を設けた構造である。
【０００３】
ガラス導波路５０は、例えば、以下に示す方法で製造される。
【０００４】
先ず、図４（ａ）に示すように、基板４１上に低屈折率（ｎｂ）の下部クラッド層４２が設けられ、その下部クラッド層４２上に高屈折率（ｎｐ）のコアガラス層４３が設けられる。
【０００５】
次に、図４（ｂ）に示すように、コアガラス層４３の上にメタル層４４が設けられる。そのメタル層４４の上にフォトレジスト膜４５を塗布、加熱した後、そのフォトレジスト膜４５の上にフォトマスク４６が載置される。フォトマスク４６は、紫外線を透過させない領域（パターン部４６ａ）と、紫外線を透過させる領域（本体部４６ｂ）とで構成される。
【０００６】
次に、図４（ｃ）に示すように、フォトマスク４６の上から紫外線ＵＶを照射し、フォトマスク４６の本体部４６ｂを透過した紫外線ＵＶがフォトレジスト膜４５に照射される。ここで、図４（ｄ）に示すように、フォトレジスト膜４５の、紫外線ＵＶが未照射の部分がフォトレジストパターン４５ａ、紫外線ＵＶが照射された部分が領域４５ｂとなる。その後、フォトリソグラフィ工程においてフォトレジスト膜４５を現像することで、領域４５ｂが除去されてフォトレジストパターン４５ａだけが残る。
【０００７】
次に、図４（ｅ）に示すように、フォトレジストパターン４５ａをマスクとし、メタル層４４をドライエッチングしてパターニングを行うことで、メタルパターン４４ａが形成される。その後、領域４４ｂを除去することで、メタルパターン４４ａだけが残る。
【０００８】
次に、図５（ａ）に示すように、メタルパターン４４ａをマスクとし、コアガラス層４３をドライエッチングしてパターニングを行うことで、図５（ｂ）に示すように、断面矩形状のコアパターン４３ａが形成される。
【０００９】
最後に、図５（ｃ）に示すように、コアパターン４３ａ及び下部クラッド層４２全面を、低屈折率（ｎｂ）の上部クラッド層５４で覆うことで、ガラス導波路５０が得られる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、従来のガラス導波路型光回路の製造方法においては、次のような課題が存在していた。
【００１１】
製造工程数が多いことから、ガラス導波路型光回路の製造に時間がかかってしまう（例えば、製造に100時間程度の時間がかかる）。その結果、ガラス導波路の製造スループットが低くなってしまい、量産化及び低コスト化に難点があった。
【００１２】
また、ガラス導波路型光回路の製造にあたって、高価な製造装置及びフォトマスクを使用することから、製造コストが高くなってしまい、低コスト化が困難であった。
【００１３】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、製造が容易、かつ、安価なガラス導波路型光回路の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成すべく本発明に係るガラス導波路型光回路の製造方法は、ガラス基板上に、所定形状の光信号処理回路パターンを有するガラス導波路型光回路を製造する方法であって、
屈折率がｎｓのガラス基板上に、屈折率がｎｈ（＞ｎｓ）の高屈折率ガラス層を形成する工程、
その高屈折率ガラス層上に、上記光信号処理回路パターンと同形状のメタルパターンを形成する工程、
レーザビームを上記メタルパターンに沿って照射、走査し、高屈折率ガラス層の表面に、メタルパターンを取り囲むパターン溝を形成する工程、
そのパターン溝に屈折率がｎｕ（＜ｎｈ）の低屈折率材料を埋設する工程、
を備えたものである。
【００１５】
ここで、低屈折率材料の埋設工程の後段に、高屈折率ガラス層の表面全面を、クラッド層で覆設する工程を備えている。
【００１６】
高屈折率ガラス層の形成工程の後段に、800℃以上の温度で安定化熱処理を行う工程を備えている。又は、低屈折率材料の埋設工程の前段に、800℃以上の温度で安定化熱処理を行う工程を備えている。
【００１７】
高屈折率ガラス層の形成工程の前段に、ガラス基板上に屈折率がｎｂ（＜ｎｈ）のバッファ層を形成する工程を備えていてもよい。
【００１８】
レーザビームはガルバノミラーを用いて走査させることが好ましい。
【００１９】
パターン溝は、高屈折率ガラス層の層厚以上の深さに形成することが好ましい。
【００２０】
メタルパターンは、Cu、W、Al、Ni、Cr、及びWSiの群から選択される１種で構成することが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、低コストで、かつ、良好な生産性でガラス導波路型光回路を製造することができるという優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２３】
本発明の好適一実施の形態に係るガラス導波路型光回路の製造方法を図１（ａ）〜図１（ｆ）に示す。
【００２４】
先ず、図１（ａ）に示すように、屈折率がｎｓのガラス基板（例えば、石英ガラス基板）１１上に、プラズマCVD法などを用いて屈折率がｎｈ（＞ｎｓ）、層厚Ｔの高屈折率ガラス層（例えば、層厚5μｍのSiO2−GeO2ガラス層）１２が設けられる。その後、高屈折率ガラス層１２に800℃以上（例えば、1100℃）の温度で安定化熱処理を施した後、高屈折率ガラス層１２上に、スパッタリング法などを用いてメタル層（例えば、層厚1.5μｍのWSi層）１３が設けられる。安定化熱処理の温度は、好ましくは800〜1300℃、より好ましくは1000〜1200℃とされる。
【００２５】
次に、フォトリソグラフィステップにより、メタル層１３上にフォトレジスト膜のパターンが形成される。そのフォトレジストパターンをマスクにし、ドライエッチングステップにより、メタル層１３のパターニングを行い、図１（ｂ）に示すように、パターン幅がWc（例えば、5μｍ）、所定形状のメタルパターン１３ａが形成される。このメタルパターン１３ａは、後述するコアパターン１２ａと同形状に形成される。
【００２６】
次に、図１（ｃ）に示すように、このメタルパターン１３ａを有する高屈折率ガラス層１２の上から、ビームスポット径Wb（例えば、約80μｍ）、パワＰ（例えば、55Ｗ）のCO2レーザビーム（レーザビーム）Ｌがメタルパターン１３ａの外縁に沿って照射、走査される。このCO2レーザビームＬの照射時、CO2レーザビームＬのビームスポット径Wbはメタルパターン１３ａのパターン幅Wcよりも大幅に大きいため、CO2レーザビームＬの一部分はメタルパターン１３ａに照射され、反射されるものの、大部分のCO2レーザビームＬはメタルパターン１３ａからはみ出し、高屈折率ガラス層１２の表面に照射される。よって、メタルパターン１３ａからはみ出したCO2レーザビームＬが、高屈折率ガラス層１２の表面に照射され、ビーム加工がなされる。その結果、図１（ｄ）に示すように、高屈折率ガラス層１２の表面に、メタルパターン１３ａを所定の溝幅Wg（＜Wb）で取り囲むようにパターン溝１４が形成される。
【００２７】
CO2レーザビームＬの走査は、ガルバノミラーなどを用いて行われ、その走査移動速度は、具体的には500ｍｍ/ｓ以上（例えば、800ｍｍ/ｓ）の高速度とされる。さらに、２本のCO2レーザビームＬを用い、メタルパターン１３ａの両外縁に沿って、２本のCO2レーザビームＬを同時に照射、走査するようにしてもよい。
【００２８】
次に、図１（ｅ）に示すように、例えば、リアクテイブイオンエッチング装置などを用いてメタルパターン１３ａを剥離させることで、メタルパターン１３ａと同形状で、深さＤ（例えば、5μｍ）のパターン溝１４で取り囲まれたコアパターン（高さ＝Ｄ）１２ａが得られる。ここで、パターン溝１４は、高屈折率ガラス層１２の層厚Ｔ以上の深さ（Ｄ≧Ｔ）に形成することが好ましい。パターン溝１４の溝深さＤ（コアパターン１２ａの高さＤ）は、CO2レーザビームＬの積ＰＶを制御することで、1μｍ〜数十μｍの範囲で自在に調整することができる。また、コアパターン１２ａのパターン幅は、メタルパターン１３ａのパターン幅Wcを調整することで、5〜80μｍの範囲で自在に調整することができる。
【００２９】
次に、パターン溝１４をプラズマCVD法などを用いて任意の屈折率ｎｕ（＜ｎｈ）の低屈折率材料１５で埋めることで側面クラッド１７が形成され、コアパターン１２ａの周囲を側面クラッド１７が取り囲んだ埋め込み型の光信号処理回路パターンが形成される。その後、高屈折率ガラス層１２の表面及び光信号処理回路パターンの全面を、適宜、クラッド層１６で覆設することで、図１（ｆ）に示すように、ガラス導波路型光回路が得られる。このクラッド層１６の構成材は、屈折率がｎｈよりも小さければ特に限定するものではないが、製造コスト低減の観点から、低屈折率材料１５と同じであることがより好ましい。
【００３０】
メタル層１２は、CO2レーザビームＬのエネルギーによってダメージを受けず、かつ、CO2レーザビームＬを反射させるような材質が好ましく、例えば、Cu、W、Al、Ni、Cr、及びWSiの群から選択される１種が挙げられる。また、メタル層１２の厚さは、CO2レーザビームＬのエネルギーによるダメージを生じさせないためにも0.5μｍ以上、好ましくは0.5〜3μｍ以下とされる。メタル層１２の形成方法としては、特に限定するものではなく、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、CVD法などが挙げられる。
【００３１】
メタルパターン１３ａの形成方法としては、ドライエッチング法に限定するものではなく、メタル層１３をパターン幅5〜80μｍのメタルパターン１３ａに形成することができる既存の方法が全て適用可能である。
【００３２】
CO2レーザビームＬをガルバノミラーで走査させる方法としては、例えば、パーソナルコンピュータに予めインストールしておいたソフトウェアを用い、CO2レーザビームＬのスキャナーの動作制御を行うという方法が挙げられる。
【００３３】
尚、本実施の形態においては、ガラス基板１１上に高屈折率ガラス層１２を形成した後に、安定化熱処理を行う場合を例に挙げて説明を行ったが、特にこれに限定するものではない。例えば、安定化熱処理を、パターン溝１４に低屈折率材料１５を埋設する工程の前段に行ってもよい。
【００３４】
また、本実施の形態においては、ガラス基板１１上に、直接、高屈折率ガラス層１２を設けた場合を例に挙げて説明を行ったが、特にこれに限定するものではない。例えば、図３に示すように、高屈折率ガラス層１２の形成工程の前段に、すなわち、ガラス基板１１と高屈折率ガラス層１２の間に、屈折率がｎｂ（＜ｎｈ）のバッファ層３１を形成するようにしてもよい。バッファ層３１の構成材は、屈折率がｎｈよりも小さければ特に限定するものではないが、製造コスト低減の観点から、低屈折率材料１５と同じであることが好ましい。
【００３５】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００３６】
CO2レーザビームＬを、高屈折率ガラス層１２の上から、高屈折率ガラス層１２の上に設けたメタルパターン１３ａの外縁に沿って照射、走査させることで、メタルパターン１３ａを取り囲むように、溝幅Wg、深さＤのパターン溝１４が形成される。
【００３７】
ここで、メタルパターン１３ａは、メタル層１２にフォトリソグラフィ及びドライエッチングの各ステップを経てパターニングを行うことで得られるものであり、高寸法精度な端面を有する。また、この高寸法精度に形成したメタルパターン１３ａにダメージを与えないように、CO2レーザビームＬの積ＰＶは制御される。このため、ビーム加工によって得られるパターン溝１４は、高寸法精度で、構造不整が小さい（溝形状が均一な）ものとなる。また、CO2レーザビームＬの走査は、ガルバノミラーを用いて超高速（例えば、500〜2000ｍｍ/ｓ程度の速度）で行われるため、ごく短時間でパターン溝１４を形成することができ、生産性（量産性）は非常に良好である。その結果、低コストで、かつ、良好な生産性で、パターン溝１４を形成、延いてはガラス導波路型光回路を製造することができる。
【００３８】
高屈折率ガラス層１２において、このパターン溝１４で取り囲まれた部分がコアパターン１２ａとなるため、コアパターン１２ａの形成は容易である。また、コアパターン１２ａの側面はビーム加工によって形成されたものであるため、その表面形状は非常に滑らかである。その結果、散乱損失が極めて少ないガラス導波路型光回路を低コストで製造することが可能となる。
【００３９】
また、得られたパターン溝１４の表面形状はCO2レーザビームＬのビームプロファイル（ガウス分布）に相似しており、かつ、溝表面は連続的で滑らかである。また、パターン溝１４は、パーソナルコンピュータなどで設計された溝データ（光信号処理回路パターン）を忠実に再現した状態で形成される。よって、コアパターン１２ａを高寸法精度に作製することができ、延いてはパターン溝１４内に低屈折率材料１５を均一に埋め込むことができるため、低損失なガラス導波路型光回路を実現することができる。
【００４０】
本実施の形態に係る製造方法によって得られるガラス導波路型光回路は、シングルモードの導波路型光信号処理回路だけに限定されるものではない。例えば、メタルパターン１３ａのパターン形状やパターン溝１４の溝深さＤなどを適宜変更、調整することで、マルチモードの導波路型光信号処理回路も容易に、短時間及び低コストで製造することが可能である。
【００４１】
次に、本発明の他の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００４２】
本発明の他の好適一実施の形態に係るガラス導波路型光回路の製造方法を図２（ａ）〜図２（ｆ）に示す。尚、図１（ａ）〜図１（ｆ）と同様の部材には同じ符号を付しており、これらの部材については説明を省略する。
【００４３】
前実施の形態に係る製造方法は、シングルコア層構造の光信号処理回路パターンを有するガラス導波路型光回路を製造するためのものであった。
【００４４】
これに対して、本実施の形態に係る製造方法は、光方向性結合回路、光共振回路などに適用できるパラレルコア層構造の光信号処理回路パターンを有するガラス導波路型光回路を製造するためのものである。
【００４５】
先ず、図２（ａ）に示すように、屈折率がｎｓのガラス基板１１上に、屈折率がｎｈ（＞ｎｓ）、層厚Ｔの高屈折率ガラス層１２が設けられる。その後、高屈折率ガラス層１２に800℃以上の温度で安定化熱処理を施した後、高屈折率ガラス層１２上にメタル層１３が設けられる。
【００４６】
次に、フォトリソグラフィ及びドライエッチングの各ステップを経て、メタル層１３のパターニングを行い、図２（ｂ）に示すように、パターン幅がWc（例えば、5μｍ）、２本がパラレルに形成されたメタルパターン２３ａ，２３ａが形成される。各メタルパターン２３ａ，２３ａは、後述するコアパターン２２ａ，２２ａと同形状に形成され、所定の間隔Ｇを設けて離間される。間隔Ｇはパターン幅Wcと同等以上とされる。
【００４７】
次に、図２（ｃ）に示すように、各メタルパターン２３ａ，２３ａを有する高屈折率ガラス層１２の上から、ビームスポット径Wb（例えば、約80μｍ）、パワＰ（例えば、55Ｗ）のCO2レーザビームＬがメタルパターン２３ａ，２３ａの外縁に沿って照射、走査される。このCO2レーザビームＬの照射時、CO2レーザビームＬのビームスポット径Wbは各メタルパターン２３ａ，２３ａのパターン幅Wcよりも大幅に大きいため、CO2レーザビームＬの一部分は各メタルパターン２３ａ，２３ａに照射され、反射されるものの、大部分のCO2レーザビームＬは各メタルパターン２３ａ，２３ａからはみ出し、高屈折率ガラス層１２の表面に照射される。よって、各メタルパターン２３ａ，２３ａからはみ出したCO2レーザビームＬが、高屈折率ガラス層１２の表面に照射され、ビーム加工がなされる。
【００４８】
その結果、図２（ｄ）に示すように、高屈折率ガラス層１２の表面に、各メタルパターン２３ａ，２３ａを所定の溝幅Ws（＜Wb）で取り囲むパターン溝２４が形成される。また、各メタルパターン２３ａ，２３ａの間には、溝幅Ｇのパターン溝２５が形成される。ここで、所定の溝幅Wsは、後述する各コアパターン２２ａ，２２ａを伝搬する光信号がお互いに光結合しにくい十分な間隔、例えば、15μｍ以上とされる。
【００４９】
次に、図２（ｅ）に示すように、各メタルパターン２３ａ，２３ａを剥離させることで、各メタルパターン２３ａ，２３ａと同形状で、深さＤのパターン溝２４，２４及びパターン溝２５で取り囲まれたコアパターン（高さ＝Ｄ）２２ａ，２２ａが得られる。ここで、各パターン溝２４，２４は、高屈折率ガラス層１２の層厚Ｔ以上の深さ（Ｄ≧Ｔ）に形成することが好ましい。各パターン溝２４，２４の溝深さＤ（各コアパターン２２ａ，２２ａの高さＤ）は、CO2レーザビームＬの積ＰＶを制御することで、1μｍ〜数十μｍの範囲で自在に調整することができる。また、各コアパターン２２ａ，２２ａのパターン幅は、各メタルパターン２３ａ，２３ａのパターン幅Wcを調整することで、5〜80μｍの範囲で自在に調整することができる。
【００５０】
次に、各パターン溝２４，２４及びパターン溝２５を、任意の屈折率ｎｕ（＜ｎｈ）の低屈折率材料１５で埋めることで、側面クラッド２７及び側面クラッド２８が形成され、各コアパターン２２ａ，２２ａの周囲を側面クラッド２７，２８が取り囲んだ埋め込み型の光信号処理回路パターンが形成される。その後、高屈折率ガラス層１２の表面及び光信号処理回路パターンの全面を、適宜、クラッド層１６で覆設することで、図２（ｆ）に示すように、ガラス導波路型光回路が得られる。
【００５１】
本実施の形態に係る製造方法においても、前実施の形態に係るガラス導波路型光回路の製造方法と同様の作用効果が得られる。
【００５２】
また、本実施の形態に係る製造方法によれば、間隔Ｇとパターン幅Wcをほぼ同じ大きさとし、側面クラッド２８を光結合領域として機能させた場合、各コアパターン２２ａ，２２ａが光方向性結合回路、光共振回路などの光信号処理回路パターンとして機能するガラス導波路型光回路を得ることができる。また、間隔Ｇをパターン幅Wcよりも大幅に大きくした場合、各コアパターン２２ａ，２２ａが２本の独立した光信号処理回路パターンとして機能するガラス導波路型光回路を得ることができる。
【００５３】
以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の好適一実施の形態に係るガラス導波路型光回路の製造方法を説明するための図である。
【図２】本発明の他の好適一実施の形態に係るガラス導波路型光回路の製造方法を説明するための図である。
【図３】図１の製造方法で得られたガラス導波路型光回路の一変形例である。
【図４】従来のガラス導波路型光回路の製造方法を説明するための図である。
【図５】従来のガラス導波路型光回路の製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５５】
１１  ガラス基板
１２  高屈折率ガラス層
１３ａ  メタルパターン
１４  パターン溝
１５  低屈折率材料
Ｌ  CO2レーザビーム（レーザビーム）
【図１】
2006243159.tif 000003
【図２】
2006243159.tif 000004
【図３】
2006243159.tif 000005
【図４】
2006243159.tif 000006
【図５】
2006243159.tif 000007