(57)【要約】【課題】溝の内面のみに容易に成膜が可能なＡｇ膜の形成方法を提供するものである。【解決手段】本発明に係るＡｇ膜２４の形成方法は、光導波路本体１の反射層２２を形成したい部分に溝１３を形成し、その溝１３に塩化スズ水溶液１４を接触させ、毛細管現象により溝１３内に塩化スズ水溶液１４を充満させた後、溝１３の部分を水洗浄して塩化スズ水溶液１４を除去し、その後、Ａｇメッキ液１５を少なくとも溝１３の部分に接触させ、銀鏡反応を利用して溝１３の内面のみにＡｇ膜２４を析出させるものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材の表面に溝を形成し、その溝内に塩化スズ水溶液を充満させた後、溝部分を水洗浄して塩化スズ水溶液を除去し、その後、Ａｇメッキ液を少なくとも溝部分に接触させ、銀鏡反応を利用して溝の内面のみにＡｇ膜を析出させることを特徴とするＡｇ膜の形成方法。
【請求項２】
光導波路の反射層を形成したい部分に溝を形成し、その溝に塩化スズ水溶液を接触させ、毛細管現象により溝内に塩化スズ水溶液を充満させた後、溝部分を水洗浄して塩化スズ水溶液を除去し、その後、Ａｇメッキ液を少なくとも溝部分に接触させ、銀鏡反応を利用して溝の内面のみにＡｇ膜を析出させることを特徴とするＡｇ膜の形成方法。
【請求項３】
上記塩化スズ水溶液が、純水、塩化スズ、及び塩酸の混合物で構成され、それらの重量比が１００００：５：５〜１００００：２０：２０である請求項１又は２記載のＡｇ膜の形成方法。
【請求項４】
上記塩化スズ水溶液中の塩酸の量を、塩化スズの量と同等又はそれ以上にする請求項３記載のＡｇ膜の形成方法。
【請求項５】
上記Ａｇメッキ液が、純水、硝酸銀、水酸化カリウム、及び２５％アンモニア水の混合物であるＡｇ溶液と、純水、グルコース、及び硝酸の混合物である還元液とで構成され、Ａｇ溶液の各成分の重量比が１０００：１８：１２：３６〜１０００：６０：４０：１２０であり、還元液の各成分の重量比が１０００：２５：０．７〜１０００：１００：２．８である請求項１から４いずれかに記載のＡｇ膜の形成方法。
【請求項６】
上記Ａｇメッキ液の液温が１２〜２０℃、メッキ液接触時間が１〜７分である請求項１から５いずれかに記載のＡｇ膜の形成方法。
【請求項７】
上記溝部分の水洗浄は、溝に塩化スズ水溶液を接触させてから所定時間が経過した後、２〜９０秒の範囲で行う請求項１から６いずれかに記載のＡｇ膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ａｇ膜の形成方法に係り、特に、光導波路の溝部分にＡｇ膜を形成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石英系ガラス光導波路は、図３に示すように、石英ガラス基板（図示せず）と、クラッド３２と、クラッド３２内に設けられる光を伝搬するためのコア導波路３１とで構成される。ここで、光導波路３０の導波方向を１８０°曲げる方法として、コア導波路３１における直線部３１ａ，３１ｂを、リング状の導波路（湾曲部）３１ｃを介して接続する方法が挙げられる。この時、光伝送損失を増加させることなく導波方向を曲げるには、湾曲部３１ｃの半径Ｒをある一定値以上に保つ必要がある。その結果、大きなスペース（大きな石英ガラス基板）が必要となり、光導波路の大型化を招いてしまう。
【０００３】
そこで、光導波路の導波方向を１８０°曲げる他の方法として、図４に示すように、光導波路４０におけるコア導波路４１の一部に反射層（反射ミラー）４２を設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。コア導波路４１における直線部４１ａ，４１ｂの交差部４５に反射層４２を設けることで、図３に示したリング導波路３１ｃがなくても導波方向を曲げることができるようになる。このため、スペースの低減が可能となり、光導波路の小型化を図ることができる。
【０００４】
反射層４２は金属膜で構成される。この金属膜の製造は、以下の手順により行われる。
【０００５】
先ず、図５（ａ）に示すように、コア４１ａ（又は４１ｂ）とクラッド５２とで構成される石英系ガラス光導波路４０の、反射層を形成したい部分に溝５３を形成する。
【０００６】
次に、図５（ｂ）に示すように、溝５３を含むクラッドの５２の表面に、スパッタリング法や蒸着法により金属膜５４を形成する。光導波路４０において、石英導波路表面（クラッド５２の表面）などに金属膜５４が成膜された状態では、内部に応力が作用し、光回路に偏光依存性が生じてしまう。そこで、偏光依存性が生じるのを防ぐため、クラッド５２の表面の金属膜５４を取り除く必要がある。
【０００７】
よって、図５（ｃ）に示すように、金属膜５４の表面にレジスト膜５５を形成した後、図５（ｄ）に示すように、露光、現像によるパターン５６の形成を行い、金属膜５４のエッチング、金属膜５４の余剰部分及びレジスト膜５５の除去を行う。これによって、図４の５ｅ−５ｅ線断面図を図５（ｅ）に示すように、溝５３のみに金属膜５４が形成された反射層４２が得られる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２５０８２８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したスパッタリング法や蒸着法では、特定の箇所のみに選択的に金属膜５４を形成することができない。よって、溝５３の部分のみに金属膜５４を形成するには、一度全体に金属膜５４を形成した後、不要部分の金属膜５４を取り除くという追加工程を必要とするという問題があった。
【００１０】
また、スパッタリング法では、溝５３の深さと開口幅との比（深さ／開口幅）が大きくなると（例えば、比が１以上の開口幅が狭くて深い溝であると）、スパッタリング中にスパッタ分子が溝５３の内部に入りにくくなる。よって、溝５３の垂直面（図５（ｂ）中では左右壁面）に、金属膜５４を成膜することが難しいという問題があった。
【００１１】
さらに、スパッタリング法を用いる手法では、真空装置などの大掛かりな装置が必要となる。よって、反射層４２を有する光導波路４０を製造するためのコストが高くなるという問題があった。
【００１２】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、溝の内面のみに容易に成膜が可能なＡｇ膜の形成方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係るＡｇ膜の形成方法は、部材の表面に溝を形成し、その溝内に塩化スズ水溶液を充満させた後、溝部分を水洗浄して塩化スズ水溶液を除去し、その後、Ａｇメッキ液を少なくとも溝部分に接触させ、銀鏡反応を利用して溝の内面のみにＡｇ膜を析出させるものである。
【００１４】
また、光導波路の反射層を形成したい部分に溝を形成し、その溝に塩化スズ水溶液を接触させ、毛細管現象により溝内に塩化スズ水溶液を充満させた後、溝部分を水洗浄して塩化スズ水溶液を除去し、その後、Ａｇメッキ液を少なくとも溝部分に接触させ、銀鏡反応を利用して溝の内面のみにＡｇ膜を析出させるものである。
【００１５】
以上の方法によれば、銀鏡反応を利用して、溝の内面のみにＡｇ膜を形成することができる。つまり、溝以外の部分にはＡｇ膜が形成されないことから、不要部分のＡｇ膜を除去するという追加工程を必要としなくなり、容易にＡｇ膜を成膜できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００１７】
本発明の好適一実施の形態に係るＡｇ膜の形成方法を説明するための横断面図を図１（ａ）〜図１（ｅ）に示す。
【００１８】
本実施の形態に係るＡｇ膜の形成方法は、図１（ａ）に示す石英系ガラス光導波路本体（部材）１の溝１３に対して適用されるものである。光導波路本体１は、石英ガラス基板（図示せず）と、クラッド１２と、クラッド１２内部に設けられる光を伝搬するためのコア導波路１１とで構成される。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、コア導波路１１における直線部１１ａの中途部１６に溝１３が形成される。溝１３は反応性イオンエッチング等により形成され、例えば、開口幅は３〜１０μｍ、深さは１０〜４０μｍ、深さと開口幅との比は約１〜１３．３とされる。尚、溝１３は、コア導波路１１における２つの直線部の交差部に形成するようにしてもよい。
【００２０】
次に、図１（ｂ）に示すように、溝１３の一端部に塩化スズ水溶液１４を滴下（注入）して接触させる。溝１３は開口幅及び深さが共に非常に小さな溝であることから、塩化スズ水溶液１４を接触させるだけで、毛細管現象により溝１３内に塩化スズ水溶液１４が充満される。
【００２１】
塩化スズ水溶液１４は、純水、塩化スズ、及び塩酸の混合物で構成され、それらの重量比は１００００：５：５〜１００００：２０：２０に調整される。また、塩化スズを純水中に完全に溶解させるために、塩化スズ水溶液１４中の塩酸の量は、塩化スズの量と同等又はそれ以上とされる。さらに、塩化スズ水溶液１４の滴下量は、溝１３の容積と同等又はそれよりやや多い程度、つまり溝１３の周辺部分に溢れない程度とされる。
【００２２】
次に、図１（ｃ）に示すように、塩化スズ水溶液１４を溝１３内に注入した後、しばらくしてから（例えば、１０〜６０秒経過後、好ましくは約３０秒経過後）、少なくとも溝１３部分を約２〜９０秒間、純水で洗浄する。これによって、溝１３内に充満していた塩化スズ水溶液１４が排出（除去）される。この洗浄は、溝１３の内面に少量の塩化スズ水溶液１４が付着している程度に行うものであって、塩化スズ水溶液１４を完全に除去するものではない。また、洗浄時間の長短は、塩化スズ水溶液１４の濃度に応じて適宜選択される。尚、純水による洗浄は、光導波路本体１自体を純水中に浸漬して行ってもよい。
【００２３】
次に、図１（ｄ）に示すように、溝１３にＡｇメッキ液１５を滴下（注入）して接触させる。これによって、塩化スズ水溶液１４のＡｇに対する還元効果で、溝１３の内面において銀鏡反応が生じ、溝１３の内面に緻密で、十分な膜厚のＡｇ膜２４が選択的に形成される。
【００２４】
Ａｇメッキ液１５は、純水に硝酸銀を溶かした溶液、純水に水酸化カリウムを溶かした溶液、及び２５％アンモニア水の３種の溶液の混合物であるＡｇ溶液と、純水にグルコースを溶解させ、グルコースの分解を行うために少量の硝酸を加えてなる還元液とで構成される。Ａｇメッキ液１５の滴下量は、溝１３の周辺部分に溢れる程、充分な量とされる。また、Ａｇメッキ液１５の液温は１２〜２０℃、メッキ液接触時間は１〜７分とされ、液温が低い程、メッキ液接触時間を長くする（例えば、液温が１２℃の時はメッキ液接触時間を７分、液温が２０℃の時はメッキ液接触時間を１分とする）。ここで、Ａｇ溶液における純水：硝酸銀：水酸化カリウム：２５％アンモニア水の重量比は、１０００：１８：１２：３６〜１０００：６０：４０：１２０に調整される。Ａｇ溶液における硝酸銀、水酸化カリウム、及び２５％アンモニア水の比率は常に一定とされる。また、還元液における純水：グルコース：硝酸の重量比は、１０００：２５：０．７〜１０００：１００：２．８に調整される。還元液におけるグルコース及び硝酸の比率は常に一定とされる。
【００２５】
その後、光導波路本体１自体を純水中に浸漬し、一定時間（例えば、数分、好ましくは３分程度）洗浄を行うことで、図１（ｅ）に示すように、溝１３のみに緻密なＡｇ膜２４が形成された反射層２２を有し、図４に示した光導波路４０と同様の構造を有する光導波路１０が得られる。
【００２６】
数値範囲を限定した理由を以下に説明する。
【００２７】
塩化スズ水溶液１４で、純水に対する塩化スズの重量比（塩化スズ／純水）が０．０００５未満だと、銀鏡反応時において、塩化スズ水溶液１４による還元効果が殆ど得られず、Ａｇ膜２４を溝１３の部分のみに選択的に形成することが難しくなる。また、塩化スズ／純水が０．００２を超えると、銀鏡反応時において、塩化スズ水溶液１４のＡｇに対する還元効果が強く出すぎてしまい、Ａｇ膜２４のきめが粗くなってしまう。
【００２８】
洗浄時間が数秒より短い（又は洗浄を全く行わない）と、塩化スズ水溶液１４のＡｇに対する還元効果が強く出すぎてしまい、Ａｇ膜２４のきめが粗くなってしまう。また、洗浄時間を９０秒よりも長くすると、塩化スズ水溶液１４による還元効果が殆ど得られず、Ａｇ膜２４を溝１３の部分のみに選択的に形成することが難しくなる。
【００２９】
Ａｇ溶液で、純水に対する硝酸銀の重量比（硝酸銀／純水）が０．０１８未満だと、Ａｇ膜２４を形成するのに必要な銀の錯イオンの量が少なすぎるため、充分な厚さのＡｇ膜２４を形成することができなくなる。また、硝酸銀／純水が０．０６を超えると、銀の錯イオンの量が多すぎるため、銀の成膜速度が速くなりすぎてしまい、Ａｇ膜２４のきめが粗くなってしまう。
【００３０】
還元液で、純水に対するグルコースの重量比（グルコース／純水）が０．０２５未満だと、銀の錯イオンから銀を析出させる速度が遅くなってしまい、緻密なＡｇ膜２４を形成することができなくなる。また、グルコース／純水が０．１を超えると、還元作用が強すぎるため、Ａｇ膜２４のきめが粗くなってしまう。
【００３１】
Ａｇメッキ液１５の温度が低い場合、銀の析出速度が遅くなってしまうため、成膜時間を長くする必要があるが、１２℃よりも低温の場合には緻密なＡｇ膜２４を形成することができなくなる。一方、Ａｇメッキ液１５の温度が高い場合、銀の析出速度が速くなるため、成膜時間を短くすることができるが、２０℃よりも高温の場合には銀の析出速度が速くなりすぎてしまい、Ａｇ膜２４のきめが粗くなってしまう。
【００３２】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００３３】
光導波路本体１に形成した溝１３に、毛細管現象を利用して塩化スズ水溶液１４を滴下することで、塩化スズ水溶液１４を溝１３の全体に充満させることができる。その後、溝１３を洗浄し、溝１３にＡｇメッキ液１５を接触させることで銀鏡反応が生じ、その結果、溝１３の内面のみにＡｇ膜２４を選択的に形成することができる。このＡｇ膜２４は、緻密で、反射層２２として機能させるに充分な厚さを有している。よって、図５（ａ）〜図５（ｅ）に示した従来の金属膜５４の形成方法のように、レジスト膜５５の形成工程、パターン５６の形成工程、及び金属膜５４のエッチング工程などを必要としなくなる。このため、工程の簡略化を図ることができ、成膜コストを抑えることができ、延いては光導波路１０の製造コストを抑えることもできる。
【００３４】
また、図５（ａ）〜（ｅ）に示した従来の金属膜の形成方法において、スパッタリング法を用いた場合、溝５３の深さと開口幅との比が１以上であると、溝５３の壁面に金属膜５４を形成することは困難であった。これに対して、本実施の形態に係るＡｇ膜の形成方法によれば、塩化スズ水溶液１４及びＡｇメッキ液１５を接触させることができれば、どこにでもＡｇ膜２４を形成することができる。よって、溝１３の深さと開口幅との比（深さ／開口）が大きくても、溝壁面及び溝底面（図１（ｅ）中では左右の溝垂直面及び溝下面）に容易にＡｇ膜２４を形成することができる。
【００３５】
さらに、塩化スズ水溶液１４を使用しないで、Ａｇメッキ液１５を溝１３の内部のみに注入することで、溝１３の内面のみにＡｇ膜２４を形成する手法が考えられる。しかし、この場合、Ａｇメッキ液１５の注入量が少量であるため、銀の錯イオン量が不足してしまい、反射層２２として充分な層厚のＡｇ膜２４を形成することができない。ここで、充分な量の銀の錯イオンを確保するには、Ａｇメッキ液１５の注入量を増やす必要があるが、そうするとＡｇメッキ液１５が溝１３の周辺部分にまで溢れてしまう（はみ出てしまう）。その結果、溝１３の外部にもＡｇ膜２４が形成されるため、溝１３の内面のみにＡｇ膜２４を形成することができなくなってしまう。これに対して、本実施の形態に係るＡｇ膜の形成方法によれば、溝１３の周辺部分にまでＡｇメッキ液１５が溢れていても、溝１３のみに選択的にＡｇ膜２４を成膜することができるため、充分な量の銀の錯イオンが存在した状態で成膜を行うことができ、その結果、反射層２２として充分な層厚のＡｇ膜２４を形成することができる。
【００３６】
また、本実施の形態に係るＡｇ膜の形成方法においては、成膜の際に、真空装置、露光手段、及び現像手段などの特別な装置を必要とせず、成膜コストを抑えることができ、延いては光導波路１０の製造コストを抑えることができる。
【００３７】
さらに、本実施の形態において形成（成膜）される金属膜はＡｇ膜２４である。ガラスから金属へ光が垂直入射する場合の、光の波長と反射率との理論計算結果を図２に示すように、Ａｇは、可視波長帯から中赤外波長帯において、最も高い反射率を有する金属である。よって、本実施の形態に係るＡｇ膜の形成方法を用いて反射層２２の金属膜を形成し、光導波路１０を作製することで、他の金属（Ａｕ、Ｃｕ、及びＡｌ等）で構成される反射層を有する光導波路と比較して、反射損失を抑えることができる。
【００３８】
以上、本発明の実施の形態は、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。
【００３９】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、溝の内面のみに容易にＡｇ膜を形成することができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適一実施の形態に係るＡｇ膜の形成方法を説明するための横断面図である。
【図２】各金属元素の波長と反射率との関係を示す図である。
【図３】導波方向が１８０°曲がった従来の光導波路の平面図である。
【図４】反射ミラーを有する光導波路の平面図である。
【図５】図４の反射ミラーにおける金属膜の形成方法を説明するための横断面図である。ここで、図５（ｅ）は図４の５ｅ−５ｅ線断面図である。
【符号の説明】
１  光導波路本体
１０  光導波路
１３  溝
１４  塩化スズ水溶液
１５  Ａｇメッキ液
２２  反射層
２４  Ａｇ膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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