(57)【要約】【課題】  従来の光学素子の性能を凌駕し、小型化、高性能化が容易に実現でき、高価な製造装置を必要とせず、省エネルギープロセスで実現できる技術を提供すること。【解決手段】  基板１０１上に、下地層１０２、所望のパターン形状に形成されたゾルゲル膜１０３を形成し、ゾルゲル膜１０３の凹部に微粒子１０４を集積し、矢印で示したエネルギービーム１０５を与えて温度を上昇させて微粒子を溶融して導波路領域１０６を形成し、さらにその上をゾルゲル法によりゾルゲル膜１０３と同じ材料で覆う。【選択図】      図１
2006011124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に所望のパターンの凹凸形状の部材を形成する工程と、該所望のパターンの凹部に倣って光に対し実質的に透明性を有する物質からなる微粒子の配列体を形成する工程と、該微粒子の配列体にエネルギーを与えることにより導波路領域を形成する工程と、前記所望のパターンの凹凸形状の部材と同じ材料を用いてゾルゲル法により導波路領域を覆うように膜を形成する工程を含んでなることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記基板上に所望のパターンに相当する凹凸形状の部材を形成する工程が、少なくとも、基材上に、紫外線照射によって濡れ性の変化する材料からなる下地層を形成する工程と、前記所望のパターンに応じた紫外線を照射する工程と、前記の工程を経た基材上にゾルゲル法によって膜を形成する工程を含んでなることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記下地層が酸化チタンであることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記ゾルゲル法により形成される膜の材料および前記光に対し実質的に透明性を有する物質からなる微粒子が金属酸化物からなり、屈折率及び融点の大小関係が以下の関係を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
ゾルゲル法により形成される膜の屈折率＜微粒子の屈折率
微粒子の融点＜ゾルゲル法により形成される膜の融点
【請求項５】
前記微粒子が、酸化亜鉛、酸化チタンのうちいずれかの材料からなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記微粒子の配列体に与えるエネルギーがレーザー光エネルギーであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
【請求項７】
前記微粒子の配列体に与えるエネルギーが電子ビームエネルギーであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
【請求項８】
前記微粒子の配列体に与えるエネルギーがイオンビームエネルギーであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
【請求項９】
前記微粒子の配列体に与えるエネルギーが熱エネルギーであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
【請求項１０】
前記微粒子の配列体にエネルギーを与えることにより導波路領域を形成する工程を、酸素雰囲気中で行なうことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粒子を用いて形成する光学素子の製造方法に係り、特に、光スイッチング素子、分波合波素子などに応用できる微小な導波路構造を有する光学素子を微粒子を用いたパターニングを利用して実現する光学素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、微粒子を用いて光学素子を形成する技術としては、以下に示すようなものが開示されている。
【０００３】
ａ）特開２００１−３０５３５９号公報「フォトニック構造を有する周期構造体の製造方法」（特許文献１）
この技術は、微粒子懸濁液を原料として、受け部を加工した基板に遠心力などのある種の力を利用して３次元に最密充填する技術である。このようにしてできた最密充填構造は、屈折率が周期的に変化する構造であるために、フォトニック結晶としての使用が可能である。
【０００４】
ｂ）特開２００１−７４９５６号公報「光導波路、三次元光導波路回路および光学システム」（特許文献２）
この技術は、透明な微小ポリマーを配列した領域を光導波路として用いる技術を提供するものである。導波路領域を微粒子が配列してなる構造を利用するために、曲線状や曲面上といった３次元構造を実現できるものである。
【０００５】
ｃ）特開２００１−１４１９３０号公報「光導波路、三次元光導波路回路および光学システム」（特許文献３）
この技術は、上記特許文献２に記載された発明と類似の発明であるが、上記特許文献２に記載された発明との相違点は、配列する微小球が透明なポリマーではなく、直径が１００μm以下のガラス球体と規定した点である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３０５３５９号公報「フォトニック構造を有する周期構造体の製造方法」
【特許文献２】特開２００１−７４９５６号公報「光導波路、三次元光導波路回路および光学システム」
【特許文献３】特開２００１−１４１９３０号公報「光導波路、三次元光導波路回路および光学システム」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、光学素子の製造方法に関わるものであり、特に非常に微細でかつ任意のパターンに微粒子を配列する技術を応用した光学素子を提供するものである。
【０００８】
また、従来の技術に比べて、非常に簡便なプロセスを用いて２次元又は３次元構造で高密度でかつ規則的に微粒子を配列した構造を利用した光学素子を提供するものである。
【０００９】
近年、材料を微粒子化することにより、バルク形状では得られなかった種々の特性が得られることが判明したことに加え、微粒子を形状や粒径などを精度良く形成する方法による研究成果が発表され、それらの微粒子を利用した応用技術も積極的に研究されている。
【００１０】
例えば、上記特開２００１−３０５３５９号公報（特許文献１）には、微粒子懸濁液を原料として、受け部を加工した基板に遠心力などのある種の力を利用して３次元に最密充填する技術が開示されている。このようにしてできた最密充填構造は、屈折率が周期的に変化する構造であるために、フォトニック結晶としての使用が可能になるというものである。
【００１１】
しかしこの技術では、微粒子を最密充填するのみで所望の欠陥を有するような構造体を形成することはできない。従って光導波路のように高機能な光学素子の製造は不可能な技術であるという問題点を有している。
【００１２】
一方、透明な微小ポリマーを配列したものを光導波路として用いるという技術が上記特開２００１−７４９５６号公報（特許文献２）に開示されている。この技術によれば、光の導波する領域は透明な微小ポリマーを配列した構造体で形成されるというものであり、先に述べた従来技術とは異なり、光導波路への適応を実現可能とするものである。
【００１３】
しかしながら、光導波路領域が透明な微小ポリマーを配列した構造であるために、入射角度によって伝達損失が著しく大きくなるという問題がある。
【００１４】
さらに、同様の技術として、上記特開２００１−１４１９３０号公報（特許文献３）には、上記従来技術における透明な微小ポリマーの代わりに透明微小ガラス球体用いて、それを直線状あるいは曲線状に配列しその領域を光導波路とし、このときの透明微小ガラス球体を１００μm以下と規定するという技術が開示されている。
【００１５】
しかしながら、この技術においても先の従来技術の問題点として指摘した、光導波路領域が透明な微小ポリマーを配列した構造であるために、入射角度によって伝達損失が著しく大きくなるという問題は同様に存在する。
【００１６】
本発明の目的は、このような問題を解決し、従来の光学素子の性能をはるかに凌駕し、小型化、高性能化が容易に実現できる技術を提供すること、また、その実現に際し、微細なパターンを形成する工程においても高価な製造装置を必要とせず、また、省エネルギープロセスで実現できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、上記目的を達成するために、下記の如き構成を有している。以下、請求項毎の特徴とする構成を述べる。
【００１８】
ａ）請求項１の構成
請求項１に記載された発明は、基板上に所望のパターンの凹凸形状の部材を形成する工程と、該所望のパターンの凹部に倣って光に対し実質的に透明性を有する物質からなる微粒子の配列体を形成する工程と、該微粒子の配列体にエネルギーを与えることにより導波路領域を形成する工程と、前記所望のパターンの凹凸形状の部材と同じ材料を用いてゾルゲル法により導波路領域を覆うように膜を形成する工程を含んでなることを特徴としている。
【００１９】
ｂ）請求項２の構成
請求項２に記載された発明は、前記基板上に所望のパターンに相当する凹凸形状の部材を形成する工程が、少なくとも、基材上に、紫外線照射によって濡れ性の変化する材料からなる下地層を形成する工程と、前記所望のパターンに応じた紫外線を照射する工程と、前記の工程を経た基材上にゾルゲル法によって膜を形成する工程を含んでなることを特徴としている。
【００２０】
ｃ）請求項３の構成
請求項３に記載された発明は、前記下地層が酸化チタンであることを特徴としている。
【００２１】
ｄ）請求項４の構成
請求項４に記載された発明は、前記ゾルゲル法により形成される膜の材料および前記光に対し実質的に透明性を有する物質からなる微粒子が金属酸化物からなり、屈折率及び融点の大小関係が、ゾルゲル法により形成される膜の屈折率＜微粒子の屈折率、微粒子の融点＜ゾルゲル法により形成される膜の融点、を満たすことを特徴としている。
【００２２】
ｅ）請求項５の構成
請求項５に記載された発明は、前記微粒子が、酸化亜鉛、酸化チタンのうちいずれかの材料からなることを特徴としている。
【００２３】
ｆ）請求項６の構成
請求項６に記載された発明は、前記微粒子の配列体に与えるエネルギーがレーザー光エネルギーであることを特徴としている。
【００２４】
ｇ）請求項７の構成
請求項７に記載された発明は、前記微粒子の配列体に与えるエネルギーが電子ビームエネルギーであることを特徴としている。
【００２５】
ｈ）請求項８の構成
請求項８に記載された発明は、前記微粒子の配列体に与えるエネルギーがイオンビームエネルギーであることを特徴としている。
【００２６】
ｉ）請求項９の構成
請求項９に記載された発明は、前記微粒子の配列体に与えるエネルギーが熱エネルギーであることを特徴としている。
【００２７】
ｊ）請求項１０の構成
請求項１０に記載された発明は、前記微粒子の配列体にエネルギーを与えることにより導波路領域を形成する工程を、酸素雰囲気中で行なうことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２８】
以下、本発明の請求項毎の効果を述べる。
【００２９】
（１）請求項１における効果
請求項１においては、基板上に所望のパターンの凹凸形状の部材を形成する工程と、該所望のパターンの凹部に倣って光に対し実質的に透明性を有する物質からなる微粒子の配列体を形成する工程と、該微粒子の配列体にエネルギーを与えることにより導波路領域を形成する工程と、前記所望のパターンの凹凸形状の部材と同じ材料を用いてゾルゲル法により導波路領域を覆うように膜を形成する工程を含んでなることを特徴としているために、高価な真空装置を必要とせず、原料を無駄なく効率的に利用して、省エネルギープロセスで、極微細な光学素子が確実に得られる。
【００３０】
（２）請求項２における効果
請求項２においては、前記基板上に所望のパターンに相当する凹凸形状の部材を形成する工程が、少なくとも、基材上に、紫外線照射によって濡れ性の変化する材料からなる下地層を形成する工程と、前記所望のパターンに応じた紫外線を照射する工程と、前記の工程を経た基材上にゾルゲル法によって膜を形成する工程を含んでなることを特徴としているために、高価な真空装置が不要で、パターン精度の優れた光学素子が得られる。
【００３１】
（３）請求項３における効果
請求項３においては、前記下地層が酸化チタンであることを特徴としているために、プロセスの制御性に優れ、且つ非常に安定したプロセスでパターン精度に優れた光学素子を得ることができる。
【００３２】
（４）請求項４における効果
請求項４においては、ゾルゲル法により形成される膜の材料および前記光に対し実質的に透明性を有する物質からなる微粒子が金属酸化物からなり、屈折率及び融点の大小関係が、ゾルゲル法により形成される膜の屈折率＜微粒子の屈折率、微粒子の融点＜ゾルゲル法により形成される膜の融点、を満たすことを特徴としているために、光信号の伝搬損失が少なく、高品質の光学素子が実現できる。
【００３３】
（５）請求項５における効果
請求項５においては、微粒子が、酸化亜鉛、酸化チタンのうちいずれかの材料からなることを特徴としているために、高品質の球状微粒子が入手しやすく、規則正しい周期構造を有する微粒子集積体が容易に得られる。
【００３４】
（６）請求項６における効果
請求項６においては、微粒子の配列体に与えるエネルギーがレーザー光エネルギーであることを特徴としているために、与えるエネルギーが必要最小限ですむという省エネルギープロセスで、制御性のよい単純な装置を用いて光学素子を得ることができる。
【００３５】
（７）請求項７における効果
請求項７においては、微粒子の配列体に与えるエネルギーが電子ビームエネルギーであることを特徴としているために、パターン精度に優れた光学素子を確実に得ることができる。
【００３６】
（８）請求項８における効果
請求項８においては、微粒子の配列体に与えるエネルギーがイオンビームエネルギーであることを特徴としているために、パターン精度に優れた光学素子を確実に得ることができる。
【００３７】
（９）請求項９における効果
請求項９においては、微粒子の配列体に与えるエネルギーが熱エネルギーであることを特徴としているために、制御性のよい単純な装置を用いて光学素子を得ることができる。
【００３８】
（１０）請求項１０における効果
請求項１０においては、微粒子の配列体にエネルギーを与えることにより導波路領域を形成する工程を酸素雰囲気中で行なうことを特徴としているために、各形成材料の組成の変化を確実に防止でき、信頼性に優れた、光学素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
本発明の構成および動作を、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明による光学素子の基本的な構成についてその製造工程の概略図を用いて説明したものである。図に基づいて構成を説明する。
【００４０】
図１に示すように、基板（１０１）上に、下地層（１０２）が設けられており、その上に所望のパターン形状に形成されたゾルゲル膜（１０３）がある。このように所望のパターンにゾルゲル膜を形成する技術については後で説明する。
【００４１】
図１は、このゾルゲル膜（１０３）によって形成された凹部に集積した微粒子（１０４）に対して、模式的に矢印で示したエネルギービーム（１０５）が一筆書きの要領で、微粒子（１０４）を狙ってスキャンしている様子を示したものである。このようにエネルギーを照射することによって導波路領域（１０６）が形成される様子を示している。
【００４２】
このようにしてエネルギービームを照射された微粒子（１０４）は、そのエネルギーを吸収し温度が上昇する。単位時間に与えるエネルギー量を制御することにより、微粒子（１０４）を融点近くにまで温度上昇させることができ、容易に微粒子（１０４）同士が融着し、一体となって導波路領域を得ることができる。
【００４３】
図１においては、エネルギービーム（１０５）を模式的に矢印で示し、それをスキャンするような説明をしたが、必ずしもこのような形態をとる必要はない。
【００４４】
つまり、スキャンするエネルギービームは必ずしも一筆書きの要領である必要はなく、基板全体を覆うようにスキャンしても本発明の効果は問題なく得られるものである。また、容易に想像できるように、与えるエネルギーが光エネルギーや熱エネルギーの場合は、試料全体を加熱するようなシステムを用いることができる。
【００４５】
次に、ゾルゲル膜を所望のパターン形状に形成する工程について、図２〜３を用いて説明する。
【００４６】
図２においては、紫外線の照射によって表面の濡れ性が変化する下地層（２０１）が設けられた基材（２０１）上に、所望のパターンを形成した遮光部（２０３−１）および透過部（２０３−２）を有するマスク（２０３）を保持し、上面から、一様に、紫外光（２０４）を照射する様子を示してある。
【００４７】
図２では、マスク（２０３）が基材（２０１）から少し離れて保持されているように示されているが、もちろんマスク（２０３）と基材（２０１）は密着していてもよい。
【００４８】
また、図２で示したような、マスクを使うプロセス以外にも、例えば、細く絞った紫外光のレーザービームを走査して、所望のパターンを形成する方法であっても、本発明は実現でき得るものである。
【００４９】
図２に示したプロセスにおいて、例えば紫外線の照射によって表面の濡れ性が変化する下地層（２０１）に光触媒機能を有する材料として知られている酸化チタンを用いれば、紫外線の照射された領域のみが表面の濡れ性が変化し、親水性となる。また、光触媒機能を有する材料として酸化チタン以外にも、酸化スズ、酸化亜鉛などを用いることもできる。
【００５０】
次に、上記のプロセスを経た基板に対し、従来のゾルゲル法により、膜を成膜する過程を説明する。
【００５１】
例えば、溶媒がエチルアルコールであるアルミナのゾル液を用いたゾルゲル法のプロセスを適用すると、親水性になった部分だけに原料のアルミナのゾル液が付着し、この領域にのみ膜が形成される。その様子を模式的に示したものが図３である。
【００５２】
アルミナに限らず、酸化チタンや酸化亜鉛などの金属酸化物のゾルゲル用原料液においても、溶媒がアルコール系の材料を選べば本発明を利用することができる。図３は、その様子を模式的に示した図である。
【００５３】
実際には、図３に示すようなシャープな矩形状の膜パターンにはなり得ないが、図３から解るように、図２のマスク２０３のパターンを反映した膜の形成が、原料の塗布と、ベーキングという非常に簡単なプロセスで、容易に実現可能となる。
【００５４】
ここで重要な点は、金属酸化物からなる微粒子とゾルゲル法により形成される膜との屈折率及び融点の大小関係である。本発明では、金属酸化物からなる微粒子をコア、ゾルゲル法により形成される膜をクラッドとして使用するものである。光をコア部に閉じ込めて、効率よく伝送するためには、コアとクラッドの屈折率の大小関係が、クラッド（ゾルゲル法により形成される膜）の屈折率＜コア（微粒子）の屈折率、の関係を満たしている必要がある。
【００５５】
しかしながら、金属酸化物の物性を参考にすれば、このような大小関係を満足する材料の組み合わせは容易に実現できるるものであり、例えば、図７（ａ）〜（ｃ）に示すような物質の組み合わせにより、本発明を実現することが可能である。図７は一例を示したものにすぎず、上記屈折率と融点の大小関係を満たすものであれば、他の材料でもよいことはいうまでもない。
【００５６】
すなわち、図７（ａ）は、コア材料として酸化チタン、クラッド材料としてアルミナを用いた例であり、図７（ｂ）は、コア材料として酸化亜鉛、クラッド材料としてアルミナを用いた例であり、図７（ｃ）は、コア材料としてアルミナ、クラッド材料として酸化イットリウムを用いた例である。
【００５７】
ここでの本発明の大きな特徴は、紫外線の照射によって生じる表面の濡れ性とゾルゲル法によって、マスクパターンを忠実に反映した膜の形成が容易にできることを利用した点である。これを微粒子配列のテンプレートに利用することが、まず第一の本発明の特徴である。
【００５８】
本発明は、この特徴を有することにより、従来技術では一般的に必要不可欠となっているスパッタリングやＣＶＤによる膜の形成とフォトリソグラフィーとエッチングという高価な装置が必要であるという問題を、本発明は容易に解決できるものである。
【００５９】
また、どれほど微細なパターンが形成できるかは、照射する光の波長に依存する部分が大きいが、本発明の実施例では、波長の短い紫外光を用いているために、微細なパターンにも容易に対応が可能という更なる特徴を有している。
【００６０】
次に、パターニングされた膜が形成された基材に微粒子を配列させる方法を説明する。
【００６１】
図４は、パターニングされた膜が形成された基材（３０１）の凹部に、微粒子を分散させた微粒子分散液（３０６）を展開する様子を示している。また、図５は、基材（３０１）のパターニングによって形成された凹部に展開された微粒子分散液（３０６）の溶媒が蒸発し、残った微粒子が凹部内に配列した様子を示している。
【００６２】
図４および図５に示したようにパターニングされた膜をテンプレートとして利用することにより、凹部にのみ微粒子が配列し、最終的に所望のパターンに配列した微粒子配列装置が容易に得られる。
【００６３】
パターニングされた膜の膜厚と配列させる微粒子のサイズを適切に設定することにより、３次元配列も可能となる。また、必要に応じて、凸部に配列した微粒子を、スクレーパーのようなもので掻きとって取り除く工程を入れてもよい。
【００６４】
金属酸化物からなる微粒子にエネルギーを与えることにより軟化、溶融させるということは、大気中でこれを行なえば容易に酸素が脱離して酸化物の組成が変化してしまうことにより、光学的特性が劣化してしまうという問題点が発生する。この問題を避けるには、酸素中でプロセスを行なうことで解決できる。
【００６５】
図６は、酸素中でプロセスを行なうための構成を模式的に示した図である。
図６に示すように、空間的に仕切ることのできる容器（４０１）中に、基板（４０２）が設置されており、基板（４０２）上には、所望のパターンに配列した導電性材料からなる微粒子（４０３）が配置されている。
【００６６】
この基板（４０２）は、X−Y軸に駆動可能なステージ（図示せず）に支持されており、制御されてX−Y方向に移動可能になっている。
【００６７】
空間的に仕切ることのできる容器（４０１）には、酸素入口（４０４）と酸素出口（４０５）が設けられており、酸素入口（４０４）は酸素の供給源（図示せず）に連結されている。このような構成を採用することにより、容器（４０１）の雰囲気を酸素雰囲気に保持することができる。
【００６８】
また、容器（４０１）にはエネルギー導入窓（４０６）が設けられており、このエネルギー導入窓（４０６）を通して容器（４０１）外に設置されたエネルギー源（４０７）からのエネルギービームを容器（４０１）内に導入することができ、基板（４０２）上に配列した導電性材料からなる微粒子（４０３）に照射することができる。
【００６９】
このような構成を採用することにより、導電性材料からなる微粒子からの酸素の脱離を確実に防止でき、光学的特性が劣化を確実に防ぐことができる。
【００７０】
また、本発明は、ゾルゲル膜と微粒子配列構造の組み合わせを、複数層組み合わせることにより、３次元の導波路構造を有する光学素子を制御性良く形成できる特徴も有しているものである。
以下、本発明の具体的な実施例を詳細に説明する。
【００７１】
（実施例１）
（ａ）基材および下地層の形成
５０mm×５０mm、厚さ０.５mmの石英基板に公知の手段を用いてスパッタリング法にて下地層として酸化チタンを約２μm成膜した。
【００７２】
（ｂ）微粒子分散液の調整
平均粒径が８００ｎｍの酸化チタン微粒子を４０ｍｇ、３００ｍｌの純水中に分散したものを原料の酸化チタン微粒子分散液とした。
【００７３】
（ｃ）紫外線照射
上記（ａ）にて作成した基材に所望のパターンが形成されたフォトマスクをのせて、紫外光を照射できる露光装置を用いて、パターニング露光を行なった。ここで用いた紫外光の波長は高圧水銀ランプを光源とする１８４.９ｎｍである。紫外線の照射は１時間行なった。
【００７４】
（ｄ）ゾルゲル法によるアルミナ膜の成膜
上記の工程後すぐに、エチルアルコールを溶媒としたアルミナゾルゲル液を原料に、スピンコート法を用いて上記（ｃ）の処理を行った基材にアルミナの膜を形成した。その後、ベークを１２００℃で５時間行なった。形成したアルミナ膜はマスクパターンを反映していた。
【００７５】
（ｅ）分散液の展開による微粒子配列
上記（ｂ）で作成した酸化チタン微粒子分散液をマイクロシリンジを用いて、上記（ｄ）の処理を行った基材上に振動を与えないように注意しながら展開した。
【００７６】
（ｆ）溶液成分の乾燥
パターンの凹部全てに分散液が行き渡ったところで、振動を与えないように注意しながら、溶液成分が自然乾燥するのを待った。約８時間後に乾燥が完了した。
【００７７】
（ｇ）エネルギーの付与
上記（ｆ）の工程を経た基板を、例えば図６に示すように、酸素で空気を置換した容器内のＸ−Ｙ移動ステージ上に設置した。容器外に設置したＹＡＧレーザー光源（Ｙｂ：ＹＡＧ  ＬＤ励起  波長１.０６μｍ  出力５００Ｗ）からのレーザービームをビーム導入窓から容器内に導入し、基板全体にレーザービームが照射されるように、Ｘ−Ｙ移動ステージを駆動しながら照射を行なった。
【００７８】
（ｈ）クラッド層の形成
上記（ｄ）の工程と同様にエチルアルコールを溶媒としたアルミナゾルゲル液を原料に、スピンコート法を用いて上記（ｇ）の工程を行った基板にアルミナの膜を形成した。その後、ベークを１２００℃で５時間行なった。
【００７９】
（ｉ）光学素子の形状及び特性評価
得られた光学素子の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、当初微粒子が配列していた導波路領域は連結した狙いどおりの構造体となっていることが確認できた。また、波長１.５μmの単色光を導入したところ、出射端まで、光が伝達していることが確認できた。
【００８０】
（実施例２）
（ａ）基材および下地層の形成
本実施例２では、実施例１とは異なり、５０mm×５０mm、厚さ０.５mmのタングステン基板に公知の手段を用いてスパッタリング法にて下地層として酸化チタンを約２μm成膜した。
【００８１】
（ｂ）微粒子分散液の調整
平均粒径が１μｍの酸化亜鉛微粒子を４０ｍｇ、３００ｍｌの純水中に分散したものを原料の酸化亜鉛微粒子分散液とした。
【００８２】
（ｃ）紫外線照射
上記（ａ）にて作成した基材に所望のパターンが形成されたフォトマスクをのせて、紫外光を照射できる露光装置を用いて、パターニング露光を行なった。ここで用いた紫外光の波長は高圧水銀ランプを光源とする１８４.９ｎｍである。紫外線の照射は１時間行なった。
【００８３】
（ｄ）ゾルゲル法によるアルミナ膜の成膜
上記の工程後すぐに、エチルアルコールを溶媒としたアルミナゾルゲル液を原料に、スピンコート法を用いて上記（ｃ）の処理を行った基材にアルミナの膜を形成した。その後、ベークを１２００℃で５時間行なった。形成したアルミナ膜はマスクパターンを反映していた。
【００８４】
（ｅ）分散液の展開による微粒子配列
上記（ｂ）で作成した酸化亜鉛微粒子分散液をマイクロシリンジを用いて、上記（ｄ）の処理を行った基材上に振動を与えないように注意しながら展開した。
【００８５】
（ｆ）溶液成分の乾燥
パターンの凹部全てに分散液が行き渡ったところで、振動を与えないように注意しながら、溶液成分が自然乾燥するのを待った。約８時間後に乾燥が完了した。
【００８６】
（ｇ）エネルギーの付与
実施例２は実施例１とは異なり、エネルギー源として熱エネルギーを用いた。上記（ｆ）の工程を経た基板を酸素で空気を置換した容器内の固定ステージ上に設置した。
【００８７】
この固定ステージには基板加熱機構が具備されており、温度調節機能により基板温度が１９９０度に保持できるようになっている。この機能を利用し、基板を１９９０度で４時間保持することによって酸化亜鉛微粒子からなる配列体をもとに導波路領域を形成した。
【００８８】
（ｈ）クラッド層の形成
上記（ｄ）の工程と同様に、エチルアルコールを溶媒としたアルミナゾルゲル液を原料に、スピンコート法を用いて上記（ｇ）の工程を行った基板にアルミナの膜を形成した。その後、ベークを１２００℃で５時間行なった。
【００８９】
（ｉ）光学素子の形状及び特性評価
得られた光学素子の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、当初微粒子が配列していた導波路領域は連結した狙いどおりの構造体となっていることが確認できた。また、波長１.５μmの単色光を導入したところ、出射端まで、光が伝達していることが確認できた。
【００９０】
（実施例３）
（ａ）基材および下地層の形成
本実施例３は、上述した実施例１と同様に、５０mm×５０mm、厚さ０.５mmの石英基板を用いた。本実施例ではこの基板上に公知の手段であるゾルゲル法を用いて下地層として酸化チタンを約３μm成膜した。
【００９１】
（ｂ）微粒子分散液の調整
実施例１と同様に平均粒径が８００ｎｍの酸化チタン微粒子を４０ｍｇ、３００ｍｌの純水中に分散したものを原料の分散液とした。
【００９２】
（ｃ）紫外線照射
上記（ａ）にて作成した基材に所望のパターンが形成されたフォトマスクをのせて、紫外光を照射できる露光装置を用いて、パターニング露光を行なった。ここで用いた紫外光の波長は高圧水銀ランプを光源とする１８４.９ｎｍである。紫外線の照射は１時間行なった。
【００９３】
（ｄ）ゾルゲル法による酸化イットリウム膜の成膜
上記の工程後すぐに、エチルアルコールを溶媒とした酸化イットリウムゾルゲル液を原料に、スピンコート法を用いて上記（ｃ）の処理を行った基材に酸化イットリウムの膜を形成した。その後、ベークを１６００℃で５時間行なった。形成した酸化イットリウム膜はマスクパターンを反映していた。
【００９４】
（ｅ）分散液の展開による微粒子配列
上記（ｂ）で作成した酸化チタン微粒子分散液をマイクロシリンジを用いて、上記（ｄ）の処理を行った基材上に振動を与えないように注意しながら展開した。
【００９５】
（ｆ）溶液成分の乾燥
パターンの凹部全てに分散液が行き渡ったところで、振動を与えないように注意しながら、溶液成分が自然乾燥するのをまった。約８時間後に乾燥が完了した。
【００９６】
（ｇ）エネルギーの付与
本実施例においては、エネルギー源として赤外線を含む光エネルギーを用いた。装置としては、半導体プロセスで一般的に用いられる赤外線ランプを光源とするＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）装置を用いた。
【００９７】
本実施例で用いたＲＴＡ装置は、昇温能力が１７００度までの性能を有する装置である。この装置を用いて基板の設定温度が１６５０度となるようにし、１８０分の加熱を行い酸化チタン微粒子からなる配列体をもとに導波路領域を形成した。
【００９８】
（ｈ）クラッド層の形成
上記（ｄ）の工程と同様にエチルアルコールを溶媒とした酸化イットリウムゾルゲル液を原料に、スピンコート法を用いて上記（ｇ）の工程を行った基板に酸化イットリウムの膜を形成した。その後ベークを１６００℃で５時間行なった。
【００９９】
（ｉ）光学素子の形状及び特性評価
得られた光学素子の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、当初微粒子が配列していた導波路領域は連結した狙いどおりの構造体となっていることが確認できた。また、波長１.５μmの単色光を導入したところ、出射端まで、光が伝達していることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明による光学素子の基本的な製造工程（ゾルゲル膜によって形成された凹部に集積した微粒子にエネルギービームを与える工程）の概略図である。
【図２】ゾルゲル膜を所望のパターン形状に形成する工程を説明するための図である（その１）。
【図３】ゾルゲル膜を所望のパターン形状に形成する工程を説明するための図である（その２）。
【図４】パターニングされた膜が形成された基材に微粒子を配列させる方法を説明するための図である（その１；凹部に微粒子分散液を展開）。
【図５】パターニングされた膜が形成された基材に微粒子を配列させる方法を説明するための図である（その２；微粒子分散液の溶媒が蒸発し、残った微粒子が凹部内に配列）。
【図６】酸素雰囲気中で微粒子配列に光エネルギーを与えるための容器を示す図である。
【図７】本発明におけるコア材料とクラッド材料の組み合わせの例を示す図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１０１，２０１，３０１：基板（基材）
１０２，２０２，３０２：下地層
１０３，２０５，３０５：ゾルゲル膜
１０４，３０４：微粒子
１０５：エネルギービーム
１０６：導波路領域
２０３：マスク
２０３−１：遮光部
２０３−２：透明部
３０６：微粒子分散液
４０１：容器
４０２：基板
４０３：微粒子
４０４：酸素入口
４０５：酸素出口
４０６：エネルギー導入窓
４０７：エネルギー源
【図１】
2006011124.tif 000003
【図２】
2006011124.tif 000004
【図３】
2006011124.tif 000005
【図４】
2006011124.tif 000006
【図５】
2006011124.tif 000007
【図６】
2006011124.tif 000008
【図７】
2006011124.tif 000009