(57)【要約】【課題】  コアパターンと交差して設けられ、かつ、光反射面を構成する溝の、寸法精度が良好な同一面直角曲げ導波路及びその製造方法を提供するものである。【解決手段】  本発明に係る同一面直角曲げ導波路１０は、基板１１上に、順に下部クラッド層１２、コア層１３、第１上部クラッド層１４、メタル層１５、第２上部クラッド層１６を備える。コア層１３は、直交する第１直線部１３ａと第２直線部１３ｂ、及び第１，第２の各直線部１３ａ，１３ｂに対してほぼ45°傾いた第３直線部１３ｃを有する。第１，第２の各直線部１３ａ，１３ｂの直交部CSの外側角部には平面部１８が設けられる。第３直線部１３ｃは、平面部１８から所定間隔G1をあけた位置に配置される。第２上部クラッド層１６の、第３直線部１３ｃの直上部分と平面部１８の直上部分との間に、少なくともコア層１３の下面にまで達する溝１７が設けられる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられ、断面ほぼ矩形状で、Ｌ字状に直交する第１直線部と第２直線部、及び第１，第２の各直線部に対してほぼ45°傾いた第３直線部を有するコア層と、
上記第１，第２の各直線部の直交部の外側角部に形成され、その直交部を面取りしてなる平面部と、
上記コア層上に設けられる第１上部クラッド層と、
その第１上部クラッド層上に設けられるメタル層と、
上記コア層、上記第１上部クラッド層、及び上記メタル層の全体を覆設する第２上部クラッド層と、
を備えた同一面直角曲げ導波路であって、
上記直交部の外側位置に、かつ、上記平面部から所定間隔をあけた位置に、長さが上記平面部の面取り長さの1.5倍〜500倍の上記第３直線部を配置し、
上記第２上部クラッド層の、上記第３直線部の直上部分と上記平面部の直上部分との間に、第３直線部とほぼ同じ長さで、かつ、少なくとも上記コア層の下面にまで達する溝を設けたことを特徴とする同一面直角曲げ導波路。
【請求項２】
上記第２上部クラッド層から、上記第１，第２の各直線部の少なくとも一部を露出させた請求項１記載の同一面直角曲げ導波路。
【請求項３】
上記基板が石英ガラス基板である請求項１又は２記載の同一面直角曲げ導波路。
【請求項４】
上記基板と上記コア層の間に下部クラッド層を設けた請求項１又は２記載の同一面直角曲げ導波路。
【請求項５】
上記基板がシリコン基板である請求項４記載の同一面直角曲げ導波路。
【請求項６】
上記第３直線部と上記平面部の間隔が3μｍ〜20μｍである請求項１から５いずれかに記載の同一面直角曲げ導波路。
【請求項７】
上記メタル層が、Ti膜上にCu膜を形成した複合膜、Cr膜上にCu膜を形成した複合膜、又はAl膜単体のいずれかで構成され、層厚が3μｍ〜6μｍである請求項１から６いずれかに記載の同一面直角曲げ導波路。
【請求項８】
基板上に、コア層、第１上部クラッド層、メタル層を順次積層する積層工程と、
フォトリソグラフィにより、上記メタル層にエッチングを施し、断面ほぼ矩形状で、Ｌ字状に直交する第１直線部と第２直線部、第１，第２の各直線部に対してほぼ45°傾いた第３直線部を有し、かつ、第１，第２の各直線部の直交部の外側角部に、その直交部を面取りしてなる平面部を有するメタルパターンを形成する第１エッチング工程と、
そのメタルパターンをマスクにして、第１上部クラッド層及びコア層をエッチングする第２エッチング工程と、
各エッチング工程により形成されたメタルパターン、第１上部クラッドパターン、及びコアパターン全体を第２上部クラッド層で覆う工程と、
その第２上部クラッド層の表面にレーザビームを照射する工程と、
を備えた同一面直角曲げ導波路の製造方法であって、
上記第１エッチング工程の際、上記第３直線部の長さが、上記平面部の面取り長さの1.5倍〜500倍となるように、上記直交部の外側位置に、かつ、上記平面部から所定間隔をあけた位置に第３直線部を形成し、
上記レーザビーム照射工程の際、上記メタルパターンの第３直線部の直上部分と平面部の直上部分との間にレーザビームを照射し、第３直線部とほぼ同じ長さで、かつ、少なくとも上記コア層の下面にまで達する溝を形成することを特徴とする同一面直角曲げ導波路の製造方法。
【請求項９】
上記レーザビーム照射工程の際、上記第１，第２の各直線部の少なくとも一部を露出させるべく、上記メタルパターンに沿ってレーザビームを照射する請求項８記載の同一面直角曲げ導波路の製造方法。
【請求項１０】
上記積層工程の際、上記基板と上記コア層の間に、下部クラッド層を積層する請求項８又は９記載の同一面直角曲げ導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同一面直角曲げ導波路及びその製造方法に係り、特に、導波路のコア内を伝搬している光信号を、同一平面上で直角に曲げて伝搬させる同一面直角曲げ導波路及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１１に示すように、一般的なガラス導波路１１０は、基板１１１上に設けられる下部クラッド層１１２と、下部クラッド層１１２上に設けられ、断面がほぼ矩形状のコア層（コアパターン）１１３と、コアパターン１１３を覆うように設けられる上部クラッド層１１４とを備える。コアパターン１１３は、下部クラッド層１１２及び上部クラッド層１１４よりも高屈折率の材料で構成される。
【０００３】
先に、本発明者は、コアパターン１１３を伝搬する光信号を直角に曲げる直角曲げ導波路の製造方法として、以下に示す方法を提案した（特許文献１参照）。
【０００４】
図１２に示すように、直角曲げ導波路１２０は、上部クラッド層１１４（コアパターン１１３）の平面に対して45°傾き、かつ、コアパターン１１３と交差する溝１２１を備え、コアパターン１１３内に入射させた光信号L5を、溝１２１とコアパターン１１３との境界面（光反射面）１２２で反射させ、上部クラッド層１１４の平面に対して垂直な方向に、光信号L6として出射させるものである。この光反射面１２２を構成する溝１２１は、図１１に示すように、傾けて配置したガラス導波路１１０に、CO2レーザビームLBを上部クラッド層１１４の平面に対して45°傾けて照射することで形成される。直角曲げ導波路１２０の基板１１１には、石英系ガラス基板或いはSi基板が用いられる。CO2レーザビームLBは、そのビームスポット径が150〜200μｍ、その出力が数十Ｗ〜数百Ｗとされる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３１１２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、図１２に示した直角曲げ導波路１２０においては、以下に示すような不具合いがあることが、本発明者の実験結果からわかった。
【０００７】
(1) 先ず、図１４に示すように、厚みが1ｍｍの石英ガラス基板１４１に真上からCO2レーザビームLB（パワ55W）を照射することで、溝１４２が形成される。図１５に示すように、この溝１４２の溝幅と溝深さの分布１５１を触振式段差計で測定してみると、CO2レーザビームLBのビームスポット径にほぼ比例した分布形状になることがわかった。すなわち、CO2レーザビームLBのビームスポット径は150μｍ〜200μｍと大きいため、極めて溝幅の広い溝１４２が形成されてしまい、微細な溝形成、すなわち高寸法精度の溝形成は困難であることがわかった。
【０００８】
(2) また、CO2レーザビームLBのビームスポット径が150μｍ〜200μｍと大きいために、図１１に示したガラス導波路１１０の上部クラッド層１１４の平面に対して45°傾けてCO2レーザビームLBを照射しても、得られる溝１２１の傾斜角度は45°にならず、図１３に示すように、θ＝約65°となってしまうと共に、溝分布形状１３１も溝両壁で非対称であった。よって、このような溝１２１を有する直角曲げ導波路１２０（図１２参照）においては、コア層１１２内を伝搬してきた光信号L5を、光反射面１２２において完全に直角に曲げることはできなかった。
【０００９】
(3)  また、溝１２１の形状分布１３１は、直線的な斜面とならず、CO2レーザビームLBのパワ分布（ガウス分布）が斜めに入射することに起因して、変形した曲線的な斜面となる。その結果、この曲線的な斜面で反射された光信号L5は、直角曲げ導波路１２０の上面方向に大きく拡がりを持って出射されることがわかった。このため、直角曲げ導波路１２０の平面に対して垂直な方向に、光信号L6を出射させることができず、その結果、直角曲げ導波路１２０の上面に設けた光受光素子（図示せず）に、光信号を効率良く受光させることができないことがわかった。したがって、光インターコネクションなどへの適用も難しいことがわかった。
【００１０】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、コアパターンと交差して設けられ、かつ、光反射面を構成する溝の、寸法精度が良好な同一面直角曲げ導波路及びそ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】
【００１１】
上記目的を達成すべく本発明に係る同一面直角曲げ導波路は、基板上に設けられ、断面ほぼ矩形状で、Ｌ字状に直交する第１直線部と第２直線部、及び第１，第２の各直線部に対してほぼ45°傾いた第３直線部を有するコア層と、
第１，第２の各直線部の直交部の外側角部に形成され、その直交部を面取りしてなる平面部と、
コア層上に設けられる第１上部クラッド層と、
その第１上部クラッド層上に設けられるメタル層と、
コア層、第１上部クラッド層、及びメタル層の全体を覆設する第２上部クラッド層と、を備えた同一面直角曲げ導波路であって、
直交部の外側位置に、かつ、平面部から所定間隔をあけた位置に、長さが平面部の面取り長さの1.5倍〜500倍の第３直線部を配置し、
第２上部クラッド層の、第３直線部の直上部分と平面部の直上部分との間に、第３直線部とほぼ同じ長さで、かつ、少なくともコア層の下面にまで達する溝を設けたものである。
【００１２】
ここで、第２上部クラッド層から、第１，第２の各直線部の少なくとも一部を露出させてもよい。
【００１３】
基板は石英ガラス基板であることが好ましい。
【００１４】
基板とコア層の間に下部クラッド層を設けてもよい。この時、基板はシリコン基板であってもよい。
【００１５】
第３直線部と平面部の間隔は3μｍ〜20μｍであることが好ましい。
【００１６】
メタル層は、Ti膜上にCu膜を形成した複合膜、Cr膜上にCu膜を形成した複合膜、又はAl膜単体のいずれかで構成され、層厚が3μｍ〜6μｍであることが好ましい。
【００１７】
一方、本発明に係る同一面直角曲げ導波路の製造方法は、基板上に、コア層、第１上部クラッド層、メタル層を順次積層する積層工程と、
フォトリソグラフィにより、上記メタル層にエッチングを施し、断面ほぼ矩形状で、Ｌ字状に直交する第１直線部と第２直線部、第１，第２の各直線部に対してほぼ45°傾いた第３直線部を有し、かつ、第１，第２の各直線部の直交部の外側角部に、その直交部を面取りしてなる平面部を有するメタルパターンを形成する第１エッチング工程と、
そのメタルパターンをマスクにして、第１上部クラッド層及びコア層をエッチングする第２エッチング工程と、
各エッチング工程により形成されたメタルパターン、第１上部クラッドパターン、及びコアパターン全体を第２上部クラッド層で覆う工程と、
その第２上部クラッド層の表面にレーザビームを照射する工程と、
を備えた同一面直角曲げ導波路の製造方法であって、
第１エッチング工程の際、第３直線部の長さが、平面部の面取り長さの1.5倍〜500倍となるように、直交部の外側位置に、かつ、平面部から所定間隔をあけた位置に第３直線部を形成し、
レーザビーム照射工程の際、メタルパターンの第３直線部の直上部分と平面部の直上部分との間にレーザビームを照射し、第３直線部とほぼ同じ長さで、かつ、少なくともコア層の下面にまで達する溝を形成するものである。
【００１８】
ここで、レーザビーム照射工程の際、第１，第２の各直線部の少なくとも一部を露出させるべく、メタルパターンに沿ってレーザビームを照射してもよい。
【００１９】
積層工程の際、基板とコア層の間に、下部クラッド層を積層してもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、光信号をほぼ直角に曲げることができる同一面直角曲げ導波路が得られ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】
【００２１】
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。
【００２２】
先ず初めに、本発明者が本発明を見いだすに到った新しい溝形成方法について説明する。
【００２３】
石英ガラス基板上に溝幅の狭い溝を形成する方法を説明するための図を図７（ａ）、図７（ｂ）に示す。図７（ａ）は上面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）の７ｂ方向矢視図である。
【００２４】
図７（ａ），図７（ｂ）に示すように、石英ガラス基板７１上に、真空蒸着法（又はスパッタリング法）などによりメタル層７２を設けた。石英ガラス基板７１は、例えば、厚み（ｚ方向）が1ｍｍ、幅（ｘ方向）が90ｍｍ、長さ（ｙ方向）が70ｍｍとされる。メタル層７２は、例えば、下地膜である厚さ0.2μｍのTi膜上に、厚さ約3μｍのCu膜を設けた複合膜とされる。
【００２５】
このメタル層７２の上に、フォトレジスト膜（図示せず）を塗布し、ベーキングを行った。その後、フォトレジスト膜上に、ギャップ（ｘ方向の間隔Ｇ）を有するフォトマスク（図示せず）を載置した後、フォトマスクの上から紫外線を照射し、フォトレジストパターンを作製する。このフォトレジストパターンを用いてメタル層７２にエッチングを施し、間隔Ｇのギャップ７３を有するメタルパターン７２ａ，７２ｂを形成した。
【００２６】
その後、図７（ｂ）に示すように、メタルパターン７２ａ，７２ｂの上から、ギャップ７３に沿ってCO2レーザビームLB（パワ55Ｗ、ビームスポット径180μｍ）を照射、走査することで、石英ガラス基板７１の表面（図７（ｂ）中では上面）に溝７４が形成される。
【００２７】
ここで、ギャップ７３の間隔Ｇが5、10、20μｍと異なる３種類のメタルパターン７２ａ，７２ｂを用い、石英ガラス基板７１の表面に溝７４を形成した。これによって得られた各溝７４の溝分布形状を図８〜図１０に示す。
【００２８】
図８に示すように、ギャップ７３の間隔Ｇが5μｍの場合の溝形状分布線８１は、分布線８１の幅（すなわち溝幅）が非常に狭く、また、分布線８１はほぼＶ字状であり、極めてシャープな溝形状分布であった。同様に、図９，図１０に示すように、ギャップ７３の間隔Ｇが10，20μｍの場合の溝形状分布線９１，１０１においても、分布線９１，１０１の幅（すなわち溝幅）が狭く、また、分布線９１，１０１はほぼＶ字状であり、極めてシャープな溝形状分布であった。
【００２９】
これらの結果より、溝７４の幅はギャップ７３の間隔Ｇに依存していることがわかる。すなわち、メタルパターン７２ａ，７２ｂのギャップ７３に沿ってCO2レーザビームLBを照射、走査することで、CO2レーザビームLBのビームスポット径180μｍよりもはるかに狭い溝７４（この場合は穴）を形成できることがわかった。しかも、その溝７４は、極めてシャープで、滑らかな溝形状となることがわかった。この新しい溝形成方法を利用し、本発明に係る同一面直角曲げ導波路を見いだすに到った。
【００３０】
本発明の好適一実施の形態に係る同一面直角曲げ導波路の図を図１（ａ）〜図１（ｃ）に示す。図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の１ｂ方向矢視図、図１（ｃ）は図１（ａ）の１ｃ−１ｃ線断面図である。
【００３１】
図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、本実施の形態に係る同一面直角曲げ導波路１０は、基板１１上に設けられる下部クラッドガラス層１２と、その下部クラッドガラス層１２上に設けられる断面ほぼ矩形状のコアパターン（コア層）１３を有する。基板１１は、石英ガラス又はSiで構成され、例えば、その厚みは1ｍｍ、幅は50ｍｍ、長さは90ｍｍとされる。下部クラッドガラス層１２は、例えば、SiO2にFを添加したガラスで構成され、屈折率が波長0.63μｍに対して1.446、その厚みは10μｍとされる。コアパターン１３は、例えば、SiO2にGeO2を添加したガラスで構成され、屈折率が波長0.63μｍに対して1.472、その厚み（コア高さ）及び幅は5μｍとされる。
【００３２】
コアパターン１３は、Ｌ字状に直交（直角に屈曲）する第１直線部１３ａと第２直線部１３ｂ、及び第１，第２の各直線部１３ａ，１３ｂとは独立した第３直線部１３ｃを有する。第１，第２の各直線部１３ａ，１３ｂの直交部（屈曲部）CSの外側角部には、その直交部CSを面取りしてなり、第１，第２の各直線部１３ａ，１３ｂに対してほぼ45°傾いた平面部１８が形成される。第３直線部１３ｃは、直交部CSの外側位置に、かつ、平面部１８から所定間隔G1（例えば5μｍ）をあけた位置に配置形成され、その長さＬは平面部１８の面取り長さＣの1.5倍〜500倍とされる（例えば5ｍｍ）。
【００３３】
コアパターン１３上には、第１上部クラッド層１４のパターン１４ａ，１４ｂ，１４ｃが設けられる。第１上部クラッド層１４は、例えば、下部クラッドガラス層１２と同じ材料で構成され、その厚み及び幅は5μｍとされる。
【００３４】
第１上部クラッド層１４上には、メタル層１５のパターン（メタルパターン）１５ａ，１５ｂ，１５ｃが設けられる。メタル層１５は、例えば、下地膜であるTi膜上にCu膜を設けた複合膜で構成され、その厚みは4μｍ、幅は5μｍとされる。
【００３５】
下部クラッドガラス層１２の上面、及び各パターン１３ａ〜１３ｃ，１４ａ〜１４ｃ，１５ａ〜１５ｃの全体は、第２上部クラッド層１６で覆設される。第２上部クラッド層１６は、第１上部クラッド層１４と同じ材料で構成され、例えば、その厚みは8μｍとされる。
【００３６】
第２上部クラッド層１６の、第３直線部１３ｃの直上部分と平面部１８の直上部分との間には、第３直線部１３ｃとほぼ同じ長さで、かつ、少なくともコア層１３の下面にまで達する溝１７が設けられる。この溝１７の両壁は、溝上縁から溝底縁まで極めてシャープに、ほぼ垂直に屹立しており、かつ、溝壁面形状も滑らかである。また、この溝１７の幅は間隔G1（3μｍ〜20μｍ）であり、コアパターン１３のコア高さ及び幅とそれ程差のない非常に狭いものである。溝１７の長さは、第３直線部１３ｃの長さＬとほぼ同じ長さに限定されるものではなく、後述する光信号L1の反射を確実に行うことができる長さであればよい。
【００３７】
以上のような構成の同一面直角曲げ導波路１０において、コアパターン１３における第１直線部１３ａに入射させた光信号L1は、第１直線部１３ａ内を伝搬し、溝１７の光反射面（平面部１８）に達する。溝１７の内部は大気であり、第１直線部１３ａと溝１７の屈折率が異なるため、光信号L1は光反射面で反射されて直角に曲がり、第２直線部１３ｂに入射される。この反射された光信号L1は第２直線部１３ｂ内を伝搬し、光信号L2として出射される。この同一面直角曲げ導波路１０の損失を、波長1.55μｍの光信号L1を用いて評価した結果、導波路１０の伝搬損失を除いた直角曲げ部での損失は0.2ｄＢであり、非常に低損失であった。
【００３８】
同一面直角曲げ導波路１０は、シングルモードに限定されるものではなく、マルチモードの導波路であってもよい。その場合、コアパターン１３の厚み及び幅が数十μｍから百数十μｍと増大するので、溝１７の深さもそれに応じて深く形成される。
【００３９】
導波路の材料、すなわち、下部クラッドガラス層１２、コアパターン１３、第１上部クラッド層１４、及び第２上部クラッド層１６の構成材は、多成分系ガラス材料やプラスチック材料であってもよい。
【００４０】
基板１１の構成材としては、成形ガラス以外に、多成分系ガラス、半導体材料（Si、GaAsなど）、セラミックス材料、高誘電体材料、プラスチック材料などを用いてもよい。
【００４１】
メタル層１５としては、Ti下地膜上にCu膜を積層形成した複合膜だけに限定されるものではなく、CO2レーザビームの照射によってメタル層１５がダメージを受けることがなく、真空蒸着法やスパッタリング法で容易に成膜でき、かつ、エッチングによりギャップの形成が可能なものであればよい。例えば、Cr下地膜上にCu膜を積層形成した複合膜や、Al膜単体であってもよい。なお、メタル層１５をCr膜単体で構成すると、CO2レーザビームの照射によってメタル層１５がダメージを受けるため、好ましくない。
【００４２】
メタル層１５の厚みは、3μｍ〜6μｍが好ましい。3μｍ未満だとCO2レーザビームの照射によって、メタル層１５がわずかながらダメージを受けてしまい、逆に6μｍを超えると、後述するギャップをエッチング形成する際に寸法精度が劣化（低下）する。
【００４３】
次に、本実施の形態に係る同一面直角曲げ導波路の製造方法を、図５及び図６に基づいて説明する。尚、図１（ａ）、図１（ｂ）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。
【００４４】
本実施の形態に係る同一面直角曲げ導波路１０の製造方法は、大別して５つの製造工程で構成される。
【００４５】
第１の製造工程は、図５（ａ）、図５（ｏ）に示すように、基板１１上に、下部クラッド層１２、コアパターン１３を構成するコア層１３、第１上部クラッド層１４、メタル層１５を順次成膜する積層工程である。下部クラッド層１２、コア層１３、第１上部クラッド層１４は、それぞれプラズマCVD法によって作製され、その後に1000〜1150℃で熱処理を行ったものである。その後、メタル層１５が真空蒸着法（あるいはスパッタリング法）で成膜形成される。
【００４６】
次に、第２の製造工程は、メタル層１５にパターニングを行う第１エッチング工程である。具体的には、メタル層１５の上にフォトレジスト膜を塗布した後、ベーキングがなされる。その後、フォトレジスト膜の上に所定間隔G1のギャップを有するフォトマスクを置いて紫外線を照射し、図５（ｂ）、図５（ｐ）に示すように、メタルパターン１５ａ〜１５ｃが形成される。メタルパターン１５ａ〜１５ｃは、Ｌ字状に直交する第１直線部１５ａと第２直線部１５ｂ、及び第１，第２の各直線部１５ａ，１５ｂに対してほぼ45°傾いた第３直線部１５ｃを有する。第１，第２の各直線部１５ａ，１５ｂの直交部CSの外側角部には、その直交部CSを面取りしてなる平面部５８が形成される。第３直線部１５ｃは、直交部CSの外側位置に、かつ、平面部５８から所定間隔G1（例えば5μｍ）をあけた位置に配置形成され、その長さＬは平面部５８の面取り長さＣの1.5倍〜500倍とされる（例えば5ｍｍ）。
【００４７】
次に、第３の製造工程は、メタルパターン１５ａ〜１５ｃをマスクにしてドライエッチングプロセスにより、第１上部クラッド層１４及びコア層１３にエッチングを施す第２エッチング工程である。これにより、図５（ｃ）、図５（ｑ）に示すように、メタルパターン１５ａ〜１５ｃと同形状の第１上部クラッド層１４のパターン１４ａ〜１４ｃ及びコア層１３のパターン１３ａ〜１３ｃが形成される。このドライエッチングは、例えば、反応性イオンエッチング装置を用い、反応装置内を6Paに保ち、反応装置内の上部電極と下部電極間に13.56MHzの高周波電力を250Ｗ印加しつつ、エッチングガスとしてCHF３を5sccm流しながら46分間かけてなされる。
【００４８】
次に、第４の製造工程は、図５（ｄ）、図５（ｒ）に示すように、下部クラッド層１２の表面全面、及びエッチングした各パターン１３ａ〜１３ｃ，１４ａ〜１４ｃ，１５ａ〜１５ｃの全体を覆うように、プラズマCVD法で第２上部クラッド層１６を形成する工程である。
【００４９】
最後に、第５の製造工程は、第２上部クラッド層１６の一部にCO2レーザビームLBを照射する工程である。具体的には、図６（ｅ）、図６（ｓ）に示すように、CO2レーザビーム（例えば、パワが55W、ビームスポット径が180μｍ）LBが、第２上部クラッド層１６におけるメタルパターンの第３直線部１５ｃの直上部分と平面部５８の直上部分との間に照射されると共に、ガルバノミラーを用いて長さＬ（例えば、5ｍｍ）の範囲、250mm/sの速度でスキャニングされる。これにより、第３直線部１５ｃとほぼ同じ長さで、かつ、少なくともコア層１３の下面にまで達する溝１７（例えば、深さが約25μｍ）が形成される。これによって、同一面直角曲げ導波路１０が得られる。
【００５０】
溝１７の深さは、CO2レーザビームLBのパワ、ガルバノミラーのスキャン速度、又はCO2レーザビームLBの照射回数の少なくとも１つを制御することで、自在に調整される。
【００５１】
CO2レーザビームLBをガルバノミラーを用いてスキャンし、溝１７を形成する場合、CO2レーザビームLBのパワとスキャン速度との積を5.5×103W・mm/s〜1.1×105W・mm/sの範囲に制御することが好ましい。例えば、CO2レーザビームLBのパワを55Wとすると、ガルバノミラーのスキャン速度は100mm/s〜2000mm/sの範囲に制御することが好ましい。
【００５２】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００５３】
(a) 本実施の形態に係る同一面直角曲げ導波路１０においては、直交部CSを有するコアパターン１３（第１、第２直線部１３ａ，１３ｂ）内に入射された光信号L1を同一平面上で直角に曲げるために、直交部CSの外側角部に、各直線部１３ａ，１３ｂに対してほぼ45°傾いた光反射面を設けている。この光反射面は、直交部CSを面取りしてなる平面部１８と、その平面部１８に隣接して設けた溝（空気溝）１７で構成される。この溝１７は、CO2レーザビームLBのスポット径と比べて溝幅が非常に狭く、溝両壁が溝上縁から溝底縁まで極めてシャープに、ほぼ垂直に屹立し、かつ、溝壁面形状も滑らかに形成されている。つまり、溝１７はCO2レーザビームLBの照射によって形成されているものの、溝寸法精度は非常に高精度である。よって、第１直線部１３ａ内を伝搬してきた光信号L1を、光反射面において、ほぼ直角に、かつ、ほとんど全く拡がりを持たずに効率良く反射させることができる。
【００５４】
(b) また、無色透明のコアパターン１３ａ〜１３ｃ上に、有色のメタルパターン１５ａ〜１５ｃを設けているので、同一面直角曲げ導波路１０の上面から、目視で導波路パターン（光回路）及びCO2レーザビームLBの照射部を容易に認識することができる。この認識性の向上は、溝１７の寸法精度を高めることに寄与する。
【００５５】
(c) メタルパターン１５ａ，１５ｂとメタルパターン１５ｃのギャップの間隔G1は、3μｍ〜20μｍの範囲であれば自在に調整可能である。このため、溝幅の狭い溝１７を極めてシャープに形成することができ、光信号L1を直角に曲げて伝搬させることが可能となる。
【００５６】
(d) メタル層１５の構成材として、Ti下地膜上にCu膜を積層形成した複合膜、Cr下地膜上にCu膜を積層形成した複合膜、又はAl膜単体のいずれかを用い、また、メタル層１５の厚みを3μｍ〜6μｍに調整することにより、メタル層１５にCO2レーザビームLBによるダメージを与えることなく、ギャップ内に所望の幅の溝１７を形成することが可能となる。
【００５７】
(e) 基板１１としては石英ガラス基板、あるいはSi基板を用いることができ、非常に幅広い導波路内に、同一平面上に光を反射させる光反射面を持った同一面直角曲げ導波路１０を形成することができる。
【００５８】
(f) 一方、本実施の形態に係る同一面直角曲げ導波路１０の製造方法によれば、メタルパターン１５ａ〜１５ｃを、コアパターン１３ａ〜１３ｃのマスクとして用いると共に、溝１７を形成するためにCO2レーザビームLBを照射する際のアイリス（ビーム絞り）としても用いることに特徴を有している。コアパターン１３を形成する際に、マスクは必要不可欠なものであるため、このマスクをアイリスとしても用いることで、簡単な方法で、かつ、低コストに、高寸法精度の溝１７を有する同一面直角曲げ導波路１０を製造することができる。また、この溝１７の形成は、同一面直角曲げ導波路１０の最後の製造工程（第５の製造工程）で実現することができるため、導波路製造のスループットを低下させるおそれもなく、良好なスループットで同一面直角曲げ導波路１０を得ることができる。
【００５９】
(g) メタルパターン１５ａ〜１５ｃを構成するメタル層１５は、従来から慣用的に用いられている真空蒸着法、スパッタリング法により容易に形成することができる。また、メタルパターン１５ａ，１５ｂとメタルパターン１５ｃのギャップの形成も、通常のドライエッチングやウエットエッチングの手法を用い、容易に実現することができる。
【００６０】
(h) メタルパターン１５ａ〜１５ｃにおけるギャップに、CO2レーザビームLBを照射する方法として、
CO2レーザビームLBをガルバノミラーでスキャンニングする方法、
導波路をＸＹステージ上に所望角度で固定すると共に、その導波路の上方にCO2レーザビームLBを固定し、ＸＹステージをモータで移動させる方法、
などが挙げられる。このように、溝１７は、従来から慣用的に用いられている通常の装置、部品を用いて、容易に形成することができる。
【００６１】
(i) 溝１７を形成する方法として、CO2レーザビームLBをガルバノミラーでスキャニングする方法を用いる場合、そのビームパワとビームスキャン速度との積は5.5×103W・mm/s〜1.1×105W・mm/sの範囲に制御することが好ましい。例えば、CO2レーザビームLBのパワを55Wとすると、ガルバノミラーによるスキャン速度は100mm/s〜2000mm/sの範囲とされる。この制御によって、極めて高速、短時間で溝１７を形成することができる。
【００６２】
(j) 溝１７の深さは、数μｍ〜数百μｍの範囲で自在に調整することが可能であるため、シングルモード導波路又はマルチモード導波路のいずれであっても、同一面直角曲げ導波路を実現することができる。
【００６３】
(k) 溝１７の深さは、CO2レーザビームLBのビームパワかガルバノミラーのスキャン速度の少なくともいずれかを制御することで調整可能であり、また、溝幅は、メタルパターン１５ａ〜１５ｃにおけるギャップの間隔G1を制御することで調整可能である。
【００６４】
(l) 本実施の形態に係る同一面直角曲げ導波路１０を用いることで、光（発光素子、受光素子、導波路、直角曲げ導波路などを含む光デバイス）と電気（ＬＳＩ、信号処理回路、論理回路などを含む電気デバイス）を複合化した、いわゆる光電気複合デバイスを容易に実現することができる。
【００６５】
次に、本実施の形態に係る同一面直角曲げ導波路の変形例を添付図面に基づいて説明する。
【００６６】
同一面直角曲げ導波路１０の第１変形例を図２（ａ）、図２（ｂ）に示す。尚、図１（ａ）、図１（ｂ）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。
【００６７】
図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、同一面直角曲げ導波路２０は、第２上部クラッド層１６の、第１直線部１３ａの直上部分及び第２直線部１３ｂの直上部分に溝２９を形成したものである。この溝２９は、CO2レーザビームの照射や、エッチングによって形成される。例えば、図６（ｆ）、図６（ｔ）に示すように、同一面直角曲げ導波路１０の第２上部クラッド層１６の上面から、メタルパターン１５ａ，１５ｂに沿ってCO2レーザビームLBを照射する。これによって、図６（ｇ）、図６（ｕ）に示すように、メタルパターン１５ａ，１５ｂに沿って第２上部クラッド層１６の一部が除去され、溝２９が形成される。
【００６８】
このような構成とすることで、導波路２０の光回路パターンの目視認識が、同一面直角曲げ導波路１０と比べて更に容易となり、導波路２０の端面に対する光ファイバや光能動素子などの実装が更に容易となる。
【００６９】
同一面直角曲げ導波路１０の第２変形例を図３（ａ）〜図３（ｃ）に示す。尚、図１（ａ）、図１（ｂ）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。
【００７０】
図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、同一面直角曲げ導波路３０は、同一面直角曲げ導波路１０の下部クラッド層１２を取り除いた構造である。同一面直角曲げ導波路３０は、基板１１を石英ガラス基板で構成し、石英ガラス製の基板１１が下部クラッド層を兼ねたものである。このような構成とすることで、導波路３０は、同一面直角曲げ導波路１０と比べて製造コストが安価となる。この同一面直角曲げ導波路３０の損失を、波長1.55μｍの光信号L1を用いて評価した結果、導波路３０の伝搬損失を除いた直角曲げ部での損失は0.28ｄＢであった。同一面直角曲げ導波路１０と比べて、直角曲げ部での損失が少し大きくなった理由は、石英ガラス製の基板１１上に、直接、コアパターン１３を形成しているために、基板１１とコアパターン１３の界面における整合性が悪化したことによる影響と考えられる。
【００７１】
同一面直角曲げ導波路１０の第３変形例を図４（ａ）、図４（ｂ）に示す。尚、図１（ａ）、図１（ｂ）及び図２（ａ）、図２（ｂ）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。
【００７２】
図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、同一面直角曲げ導波路４０は、同一面直角曲げ導波路３０における第２上部クラッド層１６の、第１直線部１３ａの直上部分及び第２直線部１３ｂの直上部分に溝２９を形成したものである。このような構成とすることで、導波路４０の光回路パターンの目視認識が、同一面直角曲げ導波路３０と比べて更に容易となり、導波路４０端面に対する光ファイバや光能動素子などの実装が更に容易となる。
【００７３】
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】
【００７４】
【図１】本発明の好適一実施の形態に係る同一面直角曲げ導波路を示す図である。
【図２】図１の同一面直角曲げ導波路の第１変形例を示す図である。
【図３】図１の同一面直角曲げ導波路の第２変形例を示す図である。
【図４】図１の同一面直角曲げ導波路の第３変形例を示す図である。
【図５】図１の同一面直角曲げ導波路の製造方法を説明するための図である。
【図６】図１の同一面直角曲げ導波路の製造方法を説明するための図である。
【図７】石英ガラス基板上に溝幅の狭い溝を形成する方法を説明するための図である。
【図８】図７の石英ガラス基板における溝の、溝分布形状を示す図であり、ギャップの間隔を5μｍとした場合の図である。
【図９】図７の石英ガラス基板における溝の、溝分布形状を示す図であり、ギャップの間隔を10μｍとした場合の図である。
【図１０】図７の石英ガラス基板における溝の、溝分布形状を示す図であり、ギャップの間隔を20μｍとした場合の図である。
【図１１】従来の一般的なガラス導波路に対して、斜めにCO2レーザビームを照射する際の図である。
【図１２】従来の直角曲げ導波路の横断面図である。
【図１３】図１２の直角曲げ導波路における溝の、溝分布形状を示す図である。
【図１４】石英ガラス基板に真上からCO2レーザビームを照射する際の図である。
【図１５】図１４の石英ガラス基板における溝の、溝分布形状を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０  同一面直角曲げ導波路
１１  基板
１２  下部クラッド層
１３  コア層
１３ａ  第１直線部
１３ｂ  第２直線部
１３ｃ  第３直線部
１４  第１上部クラッド層
１５  メタル層
１６  第２上部クラッド層
１７  溝
１８  平面部
CS  直交部
G1  間隔
【図１】
2006349992.tif 000003
【図２】
2006349992.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006349992.tif 000006
【図５】
2006349992.tif 000007
【図６】
2006349992.tif 000008
【図７】
2006349992.tif 000009
【図８】
2006349992.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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