(57)【要約】【課題】  光導波路等の基板内部の必要な領域だけ局所的に電極を形成することができる電極形成方法と該方法により得られた電極を有するデバイスの提供。【解決手段】  基板１内部に所望形状の空孔１０を形成した後、この基板を無電解メッキ液１１中に浸し、所望のパターンに応じてレーザ光１２を集光照射することによって該照射領域に金属を析出、固定し、金属電極を形成することを特徴とする電極形成方法。前述した本発明に係る電極形成方法を用いて基板内部に形成された金属電極を有することを特徴とするデバイス。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板内部に所望形状の空孔を形成した後、この基板を無電解メッキ液中に浸し、所望のパターンに応じてレーザ光を集光照射することによって該照射領域に金属を析出、固定し、金属電極を形成することを特徴とする電極形成方法。
【請求項２】
前記空孔を形成する工程が、
（１）基板内部にフェムト秒レーザ光を集光照射して所望形状の空孔を形成する工程、
（２）基板内部にフェムト秒レーザ光を集光照射して所望形状の集光照射部を形成し、次に該基板をエッチング液に浸漬して集光照射部を選択的にエッチングして空孔を形成する工程、又は
（３）液体に浸漬した基板内部にフェムト秒レーザ光を集光照射して所望形状の空孔を形成する工程、のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の電極形成方法。
【請求項３】
前記無電解メッキ液中に金属微粒子が含まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電極形成方法。
【請求項４】
前記レーザ光が連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは液体レーザであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電極形成方法。
【請求項５】
前記レーザ光がパルス発振のレーザであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電極形成方法。
【請求項６】
前記レーザ光のパルス幅が１ｐｓ以下であることを特徴とする請求項５に記載の電極形成方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の電極形成方法を用いて基板内部に形成された金属電極を有することを特徴とするデバイス。
【請求項８】
前記デバイスが、スイッチ機能又は変調機能を持つ光導波路型の光デバイスであることを特徴とする請求項７に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路等の基板内部に、種々の形状の金属電極を任意の領域に形成できる電極形成方法、及び該形成方法を用いて基板内部に形成された金属電極を有する光導波路型の光デバイス等のデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
光導波路に光路の切り替え機能を持たせるために、石英や高分子などを用いた熱光学型光スイッチやニオブ酸リチウムなどの強誘電体を用いた電気光学型光スイッチが検討されている。これらは光導波路コア近傍に金属電極を形成し、電極に電圧を印加することによりコアの屈折率を上昇、降下させ、光導波路にスイッチ機能を持たせることが可能である。
これらの光スイッチは、光導波路のコアの位置が基板表面から１０〜３０μｍ程度と近いため、金属電極を基板材料表面に形成しても、光スイッチの実現に十分な屈折率変化を起こすことができる。
【０００３】
図１は、従来の電極形成方法の一例を工程順に示す概略構成図である。本従来法では、まず、図１（ａ）に示すように、光導波路コア２（以下、コアと記す。）が設けられた石英、Ｓｉなどからなる基板１を用意し、次に図１（ｂ）に示すように基板１のコア２に近い面上にＮｉ、Ａｕ、Ａｌなどの金属をスパッタリング、蒸着などの方法で成膜して金属電極３を形成する。次に、図１（ｃ）に示すように、金属電極３上にフォトレジスト４を塗布する。次に、図１（ｄ）に示すように、形成する電極パターンに対応した開口を有するマスク５をフォトレジスト４上に被せ、さらに開口を通してフォトレジスト４に紫外線６を照射する。次に、マスク５を取り去り、図１（ｅ）に示すように、フォトレジスト４の紫外線硬化した以外の部分を除去する。次に、エッチング処理を施して、図１（ｆ）に示すように、フォトレジスト残留部分以外の金属電極３を除去する。次に、図１（ｇ）に示すように、残留したフォトレジスト４を除去し、基板１上のコア２近傍部に金属電極３を形成する。
【０００４】
また、本出願人は、基板の任意位置に三次元形状の電極を形成可能な電極形成方法に関する発明を特許出願している（特願２００４−３０８３２）。
図２は前記電極形成方法を工程順に示す概略構成図である。本方法では、まず、図２（ａ）に示すように、コア２が設けられた基板１内部の任意位置にフェムト秒レーザ光７を集光照射し、図２（ｂ）に示すようにコア２近傍の任意位置に三次元形状のフェムト秒レーザ光の集光照射部８を形成する。次に、図２（ｃ）に示すように、基板１をエッチング液９に浸漬し、集光照射部８を選択的にエッチングして図２（ｄ）に示すように基板１内部の任意位置に電極形成用の空孔１０を形成する。次に、図２（ｅ）に示すように、この空孔１０に金属を充填して金属電極３を形成する。
本方法によれば、コア２が基板１の表面近傍のみでなく、表面から深い箇所に形成されたコア２の近傍に金属電極３を形成できるとともに、フェムト秒レーザ光の照射位置を適宜移動させて集光照射することで、三次元形状の電極を形成することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した電極形成方法を用いた場合、形成した空孔の全長にわたって電極を形成することは可能であるが、例えば光スイッチなどの電界印加による屈折率変化を利用したデバイス用の電極のように、必要な領域だけ局所的に電極を形成するデバイスの作製は困難である。
【０００６】
本発明は前記事情に鑑みてなされ、光導波路等の基板内部の必要な領域だけ局所的に電極を形成することができる電極形成方法と該方法により得られた電極を有するデバイスの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明は、基板内部に所望形状の空孔を形成した後、この基板を無電解メッキ液中に浸し、所望のパターンに応じてレーザ光を集光照射することによって該照射領域に金属を析出、固定し、金属電極を形成することを特徴とする電極形成方法を提供する。
本発明の電極形成方法において、前記空孔を形成する工程が、（１）基板内部にフェムト秒レーザ光を集光照射して所望形状の空孔を形成する工程、（２）基板内部にフェムト秒レーザ光を集光照射して所望形状の集光照射部を形成し、次に該基板をエッチング液に浸漬して集光照射部を選択的にエッチングして空孔を形成する工程、又は（３）液体に浸漬した基板内部にフェムト秒レーザ光を集光照射して所望形状の空孔を形成する工程、のいずれかであることが好ましい。
本発明の電極形成方法において、無電解メッキ液中に金属微粒子が含まれていることが好ましい。
本発明の電極形成方法において、レーザ光が連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは液体レーザであることが好ましい。
本発明の電極形成方法において、レーザ光がパルス発振のレーザであることが好ましい。
本発明の電極形成方法において、レーザ光のパルス幅が１ｐｓ以下であることが好ましい。
【０００８】
また本発明は、前述した本発明に係る電極形成方法を用いて基板内部に形成された金属電極を有することを特徴とするデバイスを提供する。
前記デバイスは、スイッチ機能又は変調機能を持つ光導波路型の光デバイスであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、基板内部に所望形状の空孔を形成した後、この基板を無電解メッキ液中に浸し、所望のパターンに応じてレーザ光を集光照射することによって、該照射領域に金属を析出、固定し、金属電極を形成することによって、光導波路等の基板内部の必要な領域だけ局所的に、三次元形状等の任意形状の金属電極を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図３は、本発明の電極形成方法の一実施形態を示す図である。本電極形成方法では、基板１内部に所望形状の空孔１０を形成した後、図３（ａ）に示すように、この基板１を無電解メッキ液１１中に浸し、次に図３（ｂ）に示すように、所望のパターンに応じてレーザ光１２を集光照射することによって該照射領域に金属を析出、固定し、金属電極を形成することを特徴としている。
【００１１】
本電極形成方法において、基板１としては、少なくとも一部が加工に用いるレーザ光に対して透明であればよく、各種の透明硬質材料からなる基板や積層基板などの中から選択することができ、例えば、石英ガラス基板、リチウムアルミノ珪酸塩ガラス基板、アルミナシリケートガラス基板、ボロシリケートガラス基板などの透明材料からなる基板やＳｉＯ２層を積層したＳｉ基板などが好ましい。デバイス製造用基板、特に光導波路型の光デバイスを製造するための基板としては、石英ガラス基板等に該基板材料よりも高屈折率のコアが所定パターンに沿って形成された光導波路などが用いられる。
【００１２】
基板１内部に所望形状の空孔１０を形成する方法は、
（１）基板１内部にフェムト秒レーザ光を集光照射して所望形状の空孔を形成する工程、
（２）図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、基板１内部にフェムト秒レーザ光７を集光照射して所望形状の集光照射部８を形成し、次に該基板１をエッチング液９に浸漬して集光照射部８を選択的にエッチングして空孔１０を形成する工程、又は
（３）液体に浸漬した基板内部にフェムト秒レーザ光を集光照射して所望形状の空孔を形成する工程、のいずれかで行うことが好ましい。また、フェムト秒レーザ光としては、Ｔｉ：サファイアレーザなどの従来公知のフェムト秒パルスレーザが用いられる。
【００１３】
図３に示すように、空孔１０を形成した基板を浸漬する前記無電解メッキ液１１としては、ニッケル、金、銀、銅などの金属電極用の金属を空孔１０内面に無電解メッキできる従来公知の各種組成の無電解メッキ液の中から、適宜選択して用いることができる。
【００１４】
一般的な無電解メッキは下記のような手順で行われる。
１．各種エッチング方法により被メッキ物の表面を粗面化および親水化する。
２．被メッキ物に無電解メッキの触媒核を付与して、その触媒核を活性化する。
３．無電解メッキ液に浸漬することにより無電解メッキ皮膜を生成させる。
この時、触媒核が液中の金属イオンを還元してメッキ皮膜を形成するための触媒として作用するとともに、メッキされた金属自身が触媒活性を有することによって無電解メッキが進行する。
【００１５】
本電極形成方法では、空孔１０を形成した基板１を無電解メッキ液１１中に浸した状態で、レーザ光１２を集光照射することで、所望の領域に選択的に金属電極を形成することができる。例えば金属微粒子を分散させて調製したコロイド溶液に基板１を浸し、金属電極を形成しようとする空孔１０に高強度なレーザ光１２を集光照射することで、照射領域の金属微粒子を被メッキ材料表面に析出させて固定し、それを触媒核としてメッキが成長する。
【００１６】
電極形成に用いられるレーザ光１２としては、連続発振、パルス発振のどちらでも電極形成は可能である。用いられるレーザとしてはＡｒＦレーザ、ＫｒＦレーザ、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、チタンサファイアレーザ、ヘリウムカドミニウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザなどが挙げられるが、電極形成に必要なエネルギーを得ることができればこれらに限定されない。
【００１７】
このレーザ光１２としてパルス発振のレーザを用いる場合には、レーザ照射時に非メッキ材料である基板１に与える熱を低減することが可能であり、熱による基板１の損傷を低減することが可能である。さらに、パルス幅が１ｐｓ以下のフェムト秒レーザ光を用いることで、基板１に与える熱損傷をより低減することが可能である。
【００１８】
一方、パルス発振レーザ、特にフェムト秒レーザ光を用いる場合には、基板１内部に集光照射した時、メッキ形成の他に基板１自身の屈折率変化を誘起してしまうという問題がある。この屈折率変化が、作製するデバイスの特性に影響を与える場合には、連続発振レーザを用いることが好ましい。
【００１９】
図３（ｂ）に示すように、無電解メッキ液１１中に浸した基板１の電極を形成しようとする空孔１０にレーザ光１２を集光照射することによって、金属微粒子を空孔１０の内表面に析出させて固定し、それを触媒核としてメッキが成長し、レーザ光１２を集光照射した空孔１０内に金属電極が形成される。この金属電極形成後、無電解メッキ液１１から基板１を取り出し、水洗、乾燥することによって、基板１内部に金属電極が設けられたデバイスが得られる。
【００２０】
前述した電極形成方法によって、石英ガラス基板などの基板内部に金属電極を有するデバイスが得られる。このデバイスとしては、コア近傍に金属電極を形成し、電極に電圧を印加することによりコアの屈折率を上昇、降下させ、コアにスイッチ機能又は変調機能を持たせた光導波路型の光デバイスなどが挙げられる。
【００２１】
本電極形成方法によれば、基板１内部に所望形状の空孔１０を形成した後、この基板１を無電解メッキ液１１中に浸し、所望のパターンに応じてレーザ光１２を集光照射することによって該照射領域に金属を析出、固定し、金属電極を形成することによって、光導波路等の基板内部の必要な領域だけ局所的に三次元形状等の任意形状の金属電極を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来の電極形成方法の一例を工程順に示す概略構成図である。
【図２】従来の電極形成方法の一例を工程順に示す概略構成図である。
【図３】本発明の電極形成方法の一実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００２３】
１…基板、２…コア（光導波路コア）、３…金属電極、４…フォトレジスト、５…マスク、６…紫外線、７…フェムト秒レーザ光、８…集光照射部、９…エッチング液、１０…空孔、１１…無電解メッキ液、１２…レーザ光。
【図１】
2005345955.tif 000003
【図２】
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【図３】
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