(57)【要約】      （修正有）【課題】平面光波回路素子を高精度で製造できる方法を提供する。【解決手段】第１コア部を有する第１導波路回路部と、前記第１導波路回路部の第１コア部よりも最大厚さが厚い第２コア部を有する第２導波路回路部とを備えた平面光波回路素子の製造方法であって、下部クラッド層上に、前記第１コア部の厚さに対応する厚さを有する第１コア層と前記第２コア部の最大厚さに対応する厚さを有する第２コア層とを形成するコア層形成工程と、前記第１コア層を少なくとも該第１コア層の厚さだけ前記第１コア部のパターンにエッチングするとともに、前記第２コア層を少なくとも前記第１コア層の厚さだけ前記第２コア部のパターンにエッチングする第１エッチング工程と、前記第２コア層の残りの厚さの部分を選択的に前記第２コア部のパターンにエッチングする第２エッチング工程と、を含む。【選択図】図４−１
2013044805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１コア部を有する第１導波路回路部と、前記第１導波路回路部の第１コア部よりも最大厚さが厚い第２コア部を有する第２導波路回路部とを備えた平面光波回路素子の製造方法であって、
下部クラッド層上に、前記第１コア部の厚さに対応する厚さを有する第１コア層と前記第２コア部の最大厚さに対応する厚さを有する第２コア層とを形成するコア層形成工程と、
前記第１コア層を少なくとも該第１コア層の厚さだけ前記第１コア部のパターンにエッチングするとともに、前記第２コア層を少なくとも前記第１コア層の厚さだけ前記第２コア部のパターンにエッチングする第１エッチング工程と、
前記第２コア層の残りの厚さの部分を選択的に前記第２コア部のパターンにエッチングする第２エッチング工程と、
を含むことを特徴とする平面光波回路素子の製造方法。
【請求項２】
前記第２エッチング工程は、開口部を有するシャドウマスクを用いて前記第２コア層を選択的にエッチングすることを特徴とする請求項１に記載の平面光波回路素子の製造方法。
【請求項３】
前記第２エッチング工程は、メタルマスクを用いて前記第２コア層を選択的にエッチングすることを特徴とする請求項１に記載の平面光波回路素子の製造方法。
【請求項４】
前記第２エッチング工程は、レジストマスクを用いて前記第２コア層を選択的にエッチングすることを特徴とする請求項１に記載の平面光波回路素子の製造方法。
【請求項５】
前記コア層形成工程は、前記下部クラッド層に凹部を形成する凹部形成工程と、前記凹部に前記第２コア層の一部を形成する一部コア層形成工程とを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の平面光波回路素子の製造方法。
【請求項６】
前記コア層形成工程は、前記第２コア層の少なくとも一部が厚さ方向にテーパ形状を有するように該第２コア層を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の平面光波回路素子の製造方法。
【請求項７】
前記第１導波路回路部は、近接して配置された２つの前記第１コア部を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の平面光波回路素子の製造方法。
【請求項８】
前記第１導波路回路部は方向性結合器であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の平面光波回路素子の製造方法。
【請求項９】
前記第１導波路回路部はＹ分岐光導波路であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の平面光波回路素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第１導波路回路部は通過型スターカプラであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の平面光波回路素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第１導波路回路部は多モード干渉カプラであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の平面光波回路素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第２導波路回路部はマッハツェンダー光干渉計の一部を構成することを特徴とする請求項１〜９、１１のいずれか一つに記載の平面光波回路素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第２導波路回路部はアレイ導波路回折格子の一部を構成することを特徴とする請求項１〜７、１０のいずれか一つに記載の平面光波回路素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面光波回路素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石英系ガラスを材料とする導波路回路である平面光波回路(Planar  Lightwave  Circuit：ＰＬＣ)により構成したマッハツェンダー光干渉計(Mach-Zehnder  interferometer：ＭＺＩ)やアレイ導波路回折格子(Arrayed-Waveguide  Grating：ＡＷＧ)などの光干渉計素子が、波長合分波器として用いられている。これらの波長合分波器は、光干渉計素子を構成する石英系ガラスの屈折率の温度依存性のため、波長合分波特性の温度依存性を有している。例えば、石英系ガラスの屈折率の温度係数が約１×１０−５（１／℃）であるときに、波長合分波器の透過中心波長λcの温度係数が約０．０１（ｎｍ／℃）であることが知られている。
【０００３】
この温度依存性を解消するために、波長合分波器をヒータやペルチェ素子等の温度制御手段に実装することで一定の温度に保ち、温度に依存しない一定の透過中心波長λcを得る方法がある。あるいは、逆に波長合分波器を温度制御して、透過中心波長λcを任意に変化させることにより、波長可変特性を有する波長合分波器を実現する技術が開示されている。
【０００４】
一方、電力消費量の削減などを目的として、上記の温度制御手段を用いずに一定のまたは可変のλcを得ることが求められている。特許文献１には、ＭＺＩのアーム部にコア部を横切る溝を形成し、この溝に屈折率の温度係数が石英系ガラスとは異なる樹脂からなる温度補償材料（たとえば、ポリシロキサン）を挿入する技術が開示されている。特許文献１によれば、ＭＺＩを構成する材料の屈折率の温度依存性を相殺するような温度補償材料・溝設計を適用することによって、波長合分波器の透過中心波長λcの温度依存性をほぼ無くした温度無依存型波長合分波器が実現される。また、特許文献２では、温度補償材料を温度制御することによって透過中心波長λcを任意に変化させることができる波長可変型波長合分波器が開示されている。
【０００５】
特許文献３では、温度補償材料を挿入する溝によってコア部に間隙ができることにより発生する放射損失を抑制するために、溝を複数に分割している。これによって、１つあたりの溝の幅（光導波方向での幅）を小さくできるので、放射損失を抑制することができる。さらに特許文献３では、溝を形成するコア部の、基板面に対して水平方向の幅を変化させて、テーパ形状を設けている。これによって、溝の前後でのコア部のサイズを拡大し、コア部を導波する光の、溝内の端面におけるスポットサイズを拡大することによって、放射損失を抑制している。また、特許文献３では、溝を形成するコア部の、基板面に対して垂直方向の高さを変化させることも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３４３６９３７号公報
【特許文献２】特開２０１０−０５４６２４号公報
【特許文献３】特許第４０５８４０２号公報
【特許文献４】特開２０１０−１２８１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１２は、特許文献３に記載の波長合分波器において、溝を形成するコア部の、基板面に対して水平方向の幅および垂直方向の高さを変化させた場合の構成を模式的に示す平面図である。図１３は、図１２に示す波長合分波器のＣ−Ｃ線断面図である。また、図１４は、図１２に示す波長合分波器のＤ−Ｄ線断面図である。
【０００８】
図１２に示すように、この波長合分波器２００は、光入力ポート２０１、２０２と、光入力ポート２０１、２０２に接続したＭＺＩ２０６と、ＭＺＩ２０６に接続した光出力ポート２０８、２０９とを備えている。ＭＺＩ２０６は、方向性結合器２０３と、方向性結合器２０３に接続したアーム部２０４、２０５と、アーム部２０４、２０５に接続した方向性結合器２０７とを備えている。
【０００９】
方向性結合器２０３は、図１３に示すように、シリコン（Ｓｉ）からなる基板２２１上に形成され、コア部２０３ａ、２０３ｂと、コア部２０３ａ、２０３ｂの外周に形成されたクラッド部２２２とを備えている。コア部２０３ａ、２０３ｂは、屈折率を高めるドーパントである酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）が添加された石英ガラスからなり、コア部２０３ａ、２０３ｂを導波する光が干渉するように、所定の長さだけ互いに平行に近接して配置されている。また、クラッド部２２２は、たとえば屈折率調整用のドーパントが添加されていない純石英ガラスからなり、コア部２０３ａ、２０３ｂよりも屈折率が低く設定されている。
【００１０】
方向性結合器２０７は、方向性結合器２０３と同様に、基板２２１上に形成され、コア部２０７ａ、２０７ｂと、コア部２０７ａ、２０７ｂの外周に形成されたクラッド部２２２とを備えている。
【００１１】
図１２に示すように、ＭＺＩ２０６のアーム部２０４は、基板２２１上に形成され、順次接続したコア部２０４ａ、幅テーパコア部２０４ｂ、厚さと幅とが一定の水平方向スポットサイズ拡大コア部２０４ｃ、厚さテーパコア部２０４ｄ、厚さと幅とが一定のスポットサイズ拡大コア部２０４ｅ、厚さテーパコア部２０４ｄ、水平方向スポットサイズ拡大コア部２０４ｃ、幅テーパコア部２０４ｂ、およびコア部２０４ａと、これらのコア部の外周に形成されたクラッド部２２２とを備えている。また、アーム部２０５は、基板２２１上に形成され、順次接続したコア部２０５ａ、幅テーパコア部２０５ｂ、厚さと幅とが一定の水平方向スポットサイズ拡大コア部２０５ｃ、厚さテーパコア部２０５ｄ、厚さと幅とが一定のスポットサイズ拡大コア部２０５ｅ、厚さテーパコア部２０５ｄ、水平方向スポットサイズ拡大コア部２０５ｃ、幅テーパコア部２０５ｂ、およびコア部２０５ａと、これらのコア部の外周に形成されたクラッド部２２２とを備えている。また、アーム部２０４は、アーム部２０５よりも光路長が長くなるように設定されている。
【００１２】
アーム部２０４、２０５には、スポットサイズ拡大コア部２０４ｅ、２０５ｅを横切るように複数の溝２０６ａ、２０６ｂが形成されている。これらの溝２０６ａ、２０６ｂ内には温度補償材料２１０が挿入されている。なお、アーム部２０４の光路長は、アーム部２０５より長いため、その割合に応じて溝２０６ａの幅は溝２０６ｂの幅より広くなっている。すなわち、溝２０６ａの幅は溝２０６ｂの幅よりも広くなっており、温度補償材料の幅も広くなっている。
【００１３】
図１５は、アーム部２０４の要部の上面および側断面を示す図である。また、図１６は、図１２のＥ−Ｅ線断面、Ｆ−Ｆ線断面、Ｇ−Ｇ線断面、Ｈ−Ｈ線断面、Ｉ−Ｉ線断面、Ｊ−Ｊ線断面におけるコア部または温度補償材料の断面形状を示す図である。図１５、１６に示すように、アーム部２０４では、幅テーパコア部２０４ｂにおいてはスポットサイズ拡大コア部２０４ｅに向かってコア部の幅が拡大し、厚さテーパコア部２０４ｄにおいてはスポットサイズ拡大コア部２０４ｅに向かってコア部の厚さが拡大することによって、コア部を導波する光の、溝２０６ａ内の端面におけるスポットサイズを幅および厚さの両方向に拡大するようにしている。また、アーム部２０５もアーム部２０４と同様の構造を有している。
【００１４】
図１２に示すような幅方向と厚さ方向とにテーパ形状を有する光導波路を含む波長合分波器２００を製造する方法として、たとえば以下のような方法がある（特許文献４参照）。図１７〜１９は、幅方向と厚さ方向とにテーパ形状を有する光導波路を含む波長合分波器の製造方法を説明する図である。
【００１５】
本製造方法では、はじめに、図１７に示すように、火炎堆積（Flame  Hydrolysis  Deposition、ＦＨＤ）法により、基板２２１上に石英系ガラスの微粒子を堆積し、これを加熱してガラス微粒子を透明ガラス化し、下部クラッド層２２２ａを形成する。つぎに、プラズマＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）法によって、下部クラッド層２２２ａ上にＧｅＯ２を含む石英系ガラス微粒子を堆積し、第１コア層２２３を形成する。
【００１６】
つぎに、図１８に示すように、図１７に示す第１コア層２２３上に、開口部Ｍ２１ａを有するシャドウマスクＭ２１を配置する。２箇所の開口部Ｍ２１ａは繋がっていてもよい。なお、図１８には、形成すべき波長合分波器２００の導波路構造を示す想像線Ｌ２１を示している。このように、シャドウマスクＭ２１は、幅テーパコア部を形成すべき領域上に開口部Ｍ２１ａが位置するように配置する。
【００１７】
つぎに、図１９を参照して本製造方法を説明するが、図１２のＣ−Ｃ線断面、Ｄ−Ｄ線断面、図１８のＫ−Ｋ線断面を用いて説明する。まず、図１９（ａ）に示すように、シャドウマスクＭ２１の上から第１コア層２２３上に、ＧｅＯ２を含む石英系ガラス微粒子を堆積するためのプラズマ状態になった原料ガスＧ２１を供給する。すると、原料ガスＧ２１はシャドウマスクＭ２１がある領域では遮断される。また、原料ガスＧ２１は、開口部Ｍ２１ａの中央領域ではそのまま第１コア層２２３上に到達する。また、開口部Ｍ２１ａの周縁領域では原料ガスＧ２１がシャドウマスクＭ２１の下側に回りこんで第１コア層２２３上に到達するが、その回り込む原料ガスＧ２１の量は開口部Ｍ２１ａから遠ざかるにつれて少なくなる。その結果、図１９（ｂ）に示すように、開口部Ｍ２１ａの下の領域には、中央部が平坦であり、周辺部には外側に向かって厚さがテーパ状に薄くなっている上部コア層２２４が形成される。なお、図１９（ｂ）に示したＫ−Ｋ線断面におけるテーパ状の部分が、図１５に示したアーム部２０４の厚さテーパコア部２０４ｄにおけるテーパ状の部分となる。アーム部２０５の厚さテーパコア部２０５ｄにおけるテーパ状の部分についても同様である。ここで、第１コア層２２３と上部コア層２２４とが堆積した層を第２コア層２２５とする。
【００１８】
つぎに、第２コア層２２５をアニールした後、図１９（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ技術によって、第１コア層２２３と第２コア層２２５との上にレジストパターンＲ２１、Ｒ２２を形成する。このレジストパターンＲ２１、Ｒ２２は、波長合分波器２００の対応する光導波路（コア部）の形状に形成する。
【００１９】
つぎに、図１９（ｄ）に示すように、ドライエッチングによって第１コア層２２３と第２コア層２２５とを同時にエッチングし、波長合分波器２００の光導波路（コア部）の形状にし、その後レジストパターンＲ２１、Ｒ２２を除去する。このとき、コア部２０３ａ、２０３ｂ、スポットサイズ拡大コア部２０４ｅ、２０５ｅをはじめとするコア部が形成される。
【００２０】
つぎに、図１９（ｅ）に示すように、ＦＨＤ法により、石英系ガラスの微粒子を堆積し、これを加熱してガラス微粒子を透明ガラス化し、上部および側部クラッド層２２２ｂを形成する。
【００２１】
その後、溝２０６ａ、２０６ｂを形成し、溝２０６ａ、２０６ｂ内に温度補償材料２１０を挿入する。さらに、素子分離等の必要な処理を行うことによって、波長合分波器２００を製造することができる。
【００２２】
しかしながら、上記製造方法で波長合分波器２００の製造を行う場合、厚さテーパコア部２０４ｃ、２０５ｃおよびスポットサイズ拡大コア部２０４ｄ、２０５ｄのような厚いコア部をエッチングにより形成するために、レジストパターンを厚く形成しなければならない。その結果、コア部２０３ａ、２０３ｂがたとえば数μｍ程度の間隔で近接した方向性結合器２０３を精度良く製造することが困難であり、その結果波長合分波器２００を高精度で製造することが困難になるという問題が生じる。
【００２３】
たとえば、図２０は、方向性結合器のコア部のパターンを形成するためのレジストを形成する様子を示した図である。図２０では、基板２２１上に下部クラッド層２２２ａを介して形成された第１コア層２２３にネガ型のレジストＲ２２を塗布し、その後現像光ＬＬを露光してレジストパターンＲ２１を形成している。このとき、現像光ＬＬが完全に平行光でなく拡散または収束しながら露光されると、レジストＲ２２が厚いために、レジストＲ２２の上面と下面とで現像光ＬＬのビームのサイズの差が顕著になる。その結果、レジストパターンＲ２１の近接したパターン同士が接触したり、パターン幅やパターンの間隔が所望の値にならない等の問題が生じ、その結果形成するコア部２０３ａ、２０３ｂの位置精度が低下するという問題が生じる。
【００２４】
また、レジストパターンＲ２１が精度よく形成できた場合でも、その後のエッチング工程において、厚さテーパコア部２０４ｄ、２０５ｄおよびスポットサイズ拡大コア部２０４ｅ、２０５ｅに合わせた深さをエッチングすると、コア部２０３ａ、２０３ｂに対するサイドエッチング量が多くなり、コア部２０３ａ、２０３ｂの仕上がり幅や導波路間隔が設計値から外れ、また断面形状も精度がよい矩形とならず、たとえば台形状になるために光学特性が設計値よりも劣化するという問題が生じる。
【００２５】
また、図２１は、方向性結合器を形成する領域に上部および側部クラッド層２２２ｂを形成する様子を示した図である。図２１に示すように、上記製造方法では、ドライエッチングの際に厚さテーパコア部２０４ｃ、２０５ｃおよびスポットサイズ拡大コア部２０４ｅ、２０５ｅのような厚いコア部をエッチングする必要があるので、方向性結合器２０３を形成する領域では、下部クラッド層２２２ａまで深くエッチングされる。その結果、近接した第１コア層２２３の間の深い間隙にガラス微粒子Ｐが入りにくくなり、ガラス微粒子Ｐの密度が、２つの第１コア層２２３の外側の領域に供給されるガラス微粒子Ｐの密度よりも少なくなる。このガラス微粒子Ｐの密度の違いによって第１コア層２２３には外側から内側に向かって応力が働く。その結果、ガラス化の際にコア部２０３ａ、２０３ｂが互いに内側に倒れ込むので、コア部２０３ａ、２０３ｂの位置精度が低下するという問題が生じる。
【００２６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、平面光波回路素子を高精度で製造できる平面光波回路素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る平面光波回路素子の製造方法は、第１コア部を有する第１導波路回路部と、前記第１導波路回路部の第１コア部よりも最大厚さが厚い第２コア部を有する第２導波路回路部とを備えた平面光波回路素子の製造方法であって、下部クラッド層上に、前記第１コア部の厚さに対応する厚さを有する第１コア層と前記第２コア部の最大厚さに対応する厚さを有する第２コア層とを形成するコア層形成工程と、前記第１コア層を少なくとも該第１コア層の厚さだけ前記第１コア部のパターンにエッチングするとともに、前記第２コア層を少なくとも前記第１コア層の厚さだけ前記第２コア部のパターンにエッチングする第１エッチング工程と、前記第２コア層の残りの厚さの部分を選択的に前記第２コア部のパターンにエッチングする第２エッチング工程と、を含むことを特徴とする。
【００２８】
また、本発明に係る平面光波回路素子の製造方法は、上記の発明において、前記第２エッチング工程は、開口部を有するシャドウマスクを用いて前記第２コア層を選択的にエッチングすることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明に係る平面光波回路素子の製造方法は、上記の発明において、前記第２エッチング工程は、メタルマスクを用いて前記第２コア層を選択的にエッチングすることを特徴とする。
【００３０】
また、本発明に係る平面光波回路素子の製造方法は、上記の発明において、前記第２エッチング工程は、レジストマスクを用いて前記第２コア層を選択的にエッチングすることを特徴とする。
【００３１】
また、本発明に係る平面光波回路素子の製造方法は、上記の発明において、前記コア層形成工程は、前記下部クラッド層に凹部を形成する凹部形成工程と、前記凹部に前記第２コア層の一部を形成する一部コア層形成工程とを含むことを特徴とする。
【００３２】
また、本発明に係る平面光波回路素子の製造方法は、上記の発明において、前記コア層形成工程は、前記第２コア層の少なくとも一部が厚さ方向にテーパ形状を有するように該第２コア層を形成することを特徴とする。
【００３３】
また、本発明に係る平面光波回路素子の製造方法は、上記の発明において、前記第１導波路回路部は、近接して配置された２つの前記第１コア部を有することを特徴とする。
【００３４】
また、本発明に係る平面光波回路素子の製造方法は、上記の発明において、前記第１導波路回路部は方向性結合器であることを特徴とする。
【００３５】
また、本発明に係る平面光波回路素子の製造方法は、上記の発明において、前記第１導波路回路部はＹ分岐光導波路であることを特徴とする。
【００３６】
また、本発明に係る平面光波回路素子の製造方法は、上記の発明において、前記第１導波路回路部は通過型スターカプラであることを特徴とする。
【００３７】
また、本発明に係る平面光波回路素子の製造方法は、上記の発明において、前記第１導波路回路部は多モード干渉カプラであることを特徴とする。
【００３８】
また、本発明に係る平面光波回路素子の製造方法は、上記の発明において、前記第２導波路回路部はマッハツェンダー光干渉計の一部を構成することを特徴とする。
【００３９】
また、本発明に係る平面光波回路素子の製造方法は、上記の発明において、前記第２導波路回路部はアレイ導波路回折格子の一部を構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、平面光波回路素子を高精度で製造できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、実施の形態１に係る製造方法によって製造する平面光波回路素子である波長合分波器の構成を模式的に示す平面図である。
【図２】図２は、図１に示す波長合分波器のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３は、図１に示す波長合分波器のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４−１】図４−１は、実施の形態１に係る製造方法を説明する図である。
【図４−２】図４−２は、実施の形態１に係る製造方法を説明する図である。
【図５−１】図５−１は、実施の形態２に係る製造方法を説明する図である。
【図５−２】図５−２は、実施の形態２に係る製造方法を説明する図である。
【図６−１】図６−１は、実施の形態３に係る製造方法を説明する図である。
【図６−２】図６−２は、実施の形態３に係る製造方法を説明する図である。
【図７】図７は、上部コア層と下部コア層とを形成して第２コア層を形成した場合の方向性結合器とＭＺＩとの模式的な断面図である。
【図８】図８は、実施の形態４に係る製造方法を説明する図である。
【図９】図９は、実施の形態に係る製造方法によって製造できるその他の平面光波回路素子の構成を模式的に示す平面図である。
【図１０】図１０は、実施の形態に係る製造方法によって製造できるその他の平面光波回路素子の構成を模式的に示す平面図である。
【図１１】図１１は、実施の形態に係る製造方法によって製造できるその他の平面光波回路素子の構成を模式的に示す平面図である。
【図１２】図１２は、特許文献３に記載の波長合分波器において、溝を形成するコア部の、基板面に対して水平方向の幅および垂直方向の高さを変化させた場合の構成を模式的に示す平面図である。
【図１３】図１３は、図１２に示す波長合分波器のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１４】図１４は、図１２に示す波長合分波器のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１５】図１５は、アーム部の要部の上面および側断面を示す図である。
【図１６】図１６は、図１５のＥ−Ｅ線断面、Ｆ−Ｆ線断面、Ｇ−Ｇ線断面、Ｈ−Ｈ線断面、Ｉ−Ｉ線断面、Ｊ−Ｊ線断面におけるコア部または温度補償材料の断面形状を示す図である。
【図１７】図１７は、幅方向と厚さ方向とにテーパ形状を有する光導波路を含む波長合分波器の製造方法を説明する図である。
【図１８】図１８は、幅方向と厚さ方向とにテーパ形状を有する光導波路を含む波長合分波器の製造方法を説明する図である。
【図１９】図１９は、幅方向と厚さ方向とにテーパ形状を有する光導波路を含む波長合分波器の製造方法を説明する図である。
【図２０】図２０は、方向性結合器のコア部のパターンを形成するためのレジストを形成する様子を示した図である。
【図２１】図２１は、方向性結合器を形成する領域に上部および側部クラッド層を形成する様子を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下に、図面を参照して本発明に係る平面光波回路素子の製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各層の厚みと幅との関係、各層の比率などは、現実のものとは異なる場合がことに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００４３】
（実施の形態１）
はじめに、本発明の実施の形態１に係る平面光波回路素子の製造方法について説明する。図１は、本実施の形態１に係る製造方法によって製造する平面光波回路素子である波長合分波器の構成を模式的に示す平面図である。図２は、図１に示す波長合分波器のＡ−Ａ線断面図である。また、図３は、図１に示す波長合分波器のＢ−Ｂ線断面図である。
【００４４】
図１に示すように、この波長合分波器１００は、光入力ポート１０１、１０２と、光入力ポート１０１、１０２に接続したＭＺＩ１０６と、ＭＺＩ１０６に接続した光出力ポート１０８、１０９とを備えている。ＭＺＩ１０６は、第１導波路回路部としての方向性結合器１０３と、方向性結合器１０３に接続し、第２導波路回路部を有するアーム部１０４、１０５と、アーム部１０４、１０５に接続した第１導波路回路部としての方向性結合器１０７とを備えている。
【００４５】
方向性結合器１０３は、図２に示すように、Ｓｉからなる基板１２１上に形成され、第１コア部としてのコア部１０３ａ、１０３ｂと、コア部１０３ａ、１０３ｂの外周に形成されたクラッド部１２２とを備えている。コア部１０３ａ、１０３ｂは、ＧｅＯ２が添加された石英ガラスからなり、コア部１０３ａ、１０３ｂを導波する光が干渉するように、所定の長さだけ互いに平行に近接して配置されている。また、クラッド部１２２は、たとえばＢ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５などを添加した石英系ガラスからなり、コア部１０３ａ、１０３ｂよりも屈折率が低く設定されている。
【００４６】
方向性結合器１０７は、方向性結合器１０３と同様に、基板１２１上に形成され、第１コア部としてのコア部１０７ａ、１０７ｂと、コア部１０７ａ、１０７ｂの外周に形成されたクラッド部１２２とを備えている。コア部１０７ａ、１０７ｂは、ＧｅＯ２が添加された石英ガラスからなり、コア部１０７ａ、１０７ｂを導波する光が干渉するように互いに平行に近接して配置されている。
【００４７】
ＭＺＩ１０６のアーム部１０４は、方向性結合器１０３、１０７と同一の基板１２１上に形成され、順次接続したコア部１０４ａ、幅テーパコア部１０４ｂ、厚さと幅とが一定の水平方向スポットサイズ拡大コア部１０４ｃ、第２コア部としての厚さテーパコア部１０４ｄ、厚さと幅とが一定のスポットサイズ拡大コア部１０４ｅ、厚さテーパコア部１０４ｄ、水平方向スポットサイズ拡大コア部１０４ｃ、幅テーパコア部１０４ｂ、およびコア部１０４ａと、これらのコア部の外周に形成されたクラッド部１２２とを備えている。また、アーム部１０５は、同一の基板１２１上に形成され、順次接続したコア部１０５ａ、幅テーパコア部１０５ｂ、厚さと幅とが一定の水平方向スポットサイズ拡大コア部１０５ｃ、第２コア部としての厚さテーパコア部１０５ｄ、厚さと幅とが一定のスポットサイズ拡大コア部１０５ｅ、厚さテーパコア部１０５ｄ、水平方向スポットサイズ拡大コア部１０５ｃ、幅テーパコア部１０５ｂ、およびコア部１０５ａと、これらのコア部の外周に形成されたクラッド部１２２とを備えている。アーム部１０４、１０５のコア部は、いずれもＧｅＯ２が添加された石英ガラスからなる。また、アーム部１０４は、アーム部１０５よりも光路長が長くなるように設定されている。
【００４８】
アーム部１０４、１０５には、スポットサイズ拡大コア部１０４ｅ、１０５ｅを横切るように複数の溝１０６ａ、１０６ｂが形成されている。これらの溝１０６ａ、１０６ｂ内には温度補償材料１１０が挿入されている。なお、アーム部１０４の光路長は、アーム部１０５より長いため、その割合に応じて溝１０６ａの幅は溝１０６ｂの幅より広くなっている。すなわち、溝１０６ａの幅は溝１０６ｂの幅よりも広くなっているため、温度補償材料の幅も広くなっている。なお、放射損失に影響が小さい範囲においては、溝１０６ａ、１０６ｂは厚さテーパコア部１０４ｄ、１０５ｄに形成しても良い。
【００４９】
また、アーム部１０４は、図１５に示すアーム部２０４と同様に、幅テーパコア部１０４ｂにおいてはスポットサイズ拡大コア部１０４ｅに向かってコア部の幅が拡大し、厚さテーパコア部１０４ｄにおいてはスポットサイズ拡大コア部１０４ｅに向かってコア部の厚さが拡大している。これによって、アーム部１０４は、コア部を導波する光の、溝１０６ａ内の端面におけるスポットサイズを幅および厚さの両方向に拡大するようにしている。また、アーム部１０５もアーム部１０４と同様の構造を有している。
【００５０】
各コア部のサイズについて例示すると、コア部１０３ａ、１０３ｂ、１０４ａ、１０５ａ、１０７ａ、１０７ｂのサイズは、いずれも６μｍ×６μｍである。また、スポットサイズ拡大コア部１０４ｅ、１０５ｅのサイズは、最大の部分でいずれも１２μｍ×１２μｍである。また、各コア部とクラッド部１２２との比屈折率差はたとえば１％である。
【００５１】
この波長合分波器１００では、ＭＺＩ１０６の方向性結合器１０３が、光入力ポート１０１または光入力ポート１０２から入力した光を所定の光強度比（たとえば１：１）で分岐し、アーム部１０４、１０５に入力させる。アーム部１０４、１０５は、２分岐された光を、アーム部１０４、１０５の光路長差に応じた位相差をつけた状態で方向性結合器１０７に出力する。方向性結合器１０７は、位相差がつけられた２つの光を結合し、光出力ポート１０８または光出力ポート１０９に出力する。その結果、この波長合分波器１００は、光入力ポート１０１、１０２と光出力ポート１０８、１０９との間で、ＭＺＩ１０６のアーム部１０４、１０５の光路長差に応じた透過波長特性を有しており、波長合分波器として機能する。
【００５２】
また、アーム部１０４と、アーム部と１０５の光路長差をΔＬ１、アーム部１０４に挿入された温度補償材料１１０と、アーム部１０５に挿入された温度補償材料１１０との幅の総和の差をΔＬ２、アーム部１０４、１０５の屈折率の温度係数を（ｄｎ／ｄＴ）１、温度補償材料１１０の屈折率の温度係数を（ｄｎ／ｄＴ）２とすると、下記の式（１）を満足するように設定すると、波長合分波器１００の温度無依存化が実現される。
【００５３】
ΔＬ１×（ｄｎ／ｄＴ）１＋ΔＬ２×［（ｄｎ／ｄＴ）２−（ｄｎ／ｄＴ）１］＝０  ・・・  （１）
【００５４】
なお、温度補償材料１１０としては、特許文献１に開示されるような、ポリシロキサン等の屈折率の温度係数が石英系ガラスとは異なる材料を使用することができる。
【００５５】
（製造方法）
つぎに、本実施の形態１に係る製造方法について説明する。はじめに、図１７に示す工程と同様に、ＦＨＤ法により、基板１２１上に石英系ガラスの微粒子を堆積し、これを加熱してガラス微粒子を透明ガラス化し、下部クラッド層を形成する。つぎに、プラズマＣＶＤ法によって、下部クラッド層上にＧｅＯ２を含む石英系ガラス微粒子を堆積し、第１コア層を形成する。
【００５６】
つぎに、第１コア層上に、図１８に示す工程と同様の、開口部を有するシャドウマスクを配置する。このとき、幅テーパコア部を形成すべき領域上に開口部が位置するようにシャドウマスクを配置する。
【００５７】
つぎに、図４−１、図４−２を参照して本実施の形態１に係る製造方法を説明するが、図１のＡ−Ａ線断面、Ｂ−Ｂ線断面を用いて説明する。まず、図４−１（ａ）に示すように、プラズマＣＶＤ法によって、シャドウマスクＭ１１の上から、基板１２１上に下部クラッド層１２２ａを介して形成した第１コア層１２３上に、ＧｅＯ２を含む石英系ガラス微粒子を堆積するためのプラズマ状態になった原料ガスＧ１１を供給する。すると、原料ガスＧ１１はシャドウマスクＭ１１がある領域では遮断される。また、原料ガスＧ１１は、開口部Ｍ１１ａの中央領域ではそのまま第１コア層１２３上に到達する。また、開口部Ｍ１１ａの周縁領域では原料ガスＧ１１がシャドウマスクＭ１１の下側に回りこんで第１コア層１２３上に到達するが、その回り込む原料ガスＧ１１の量は開口部Ｍ１１ａから遠ざかるにつれて少なくなる。その結果、図４−１（ｂ）に示すように、開口部Ｍ１１ａの下の領域には、中央部が平坦であり、周辺部には外側に向かって厚さがテーパ状に薄くなっている上部コア層１２４が形成される。なお、図１９（ｂ）に示した場合と同様に、Ｂ−Ｂ線断面と垂直な断面におけるテーパ状の部分が、アーム部１０４、１０５の厚さテーパコア部１０４ｄ、１０５ｄにおけるテーパ状の部分となる。ここで、第１コア層１２３と上部コア層１２４とが堆積した層を第２コア層１２５とする。
【００５８】
つぎに、図４−１（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ技術によって、第１コア層１２３と第２コア層１２５との上にそれぞれレジストパターンＲ１１、Ｒ１２を形成する。このレジストパターンＲ１１、Ｒ１２は、波長合分波器１００の光導波路（コア部）の形状に形成する。ここで、レジストパターンＲ１１、Ｒ１２は、第１コア層１２３をその厚さだけ完全にエッチングすることができる程度の厚さにする。なお、レジストパターンＲ１１、Ｒ１２の材料は特に限定されない。
【００５９】
つぎに、図４−１（ｄ）に示すように、ハロゲン系ガスを用いた反応性イオンエッチング等のドライエッチングによって第１コア層１２３と第２コア層１２５とを同時にエッチングする（第１エッチング工程）。このとき、第１コア層１２３は完全にエッチングされ、対応するコア部（コア部１０３ａ、１０３ｂ等）のパターンに形成される。但し、製造の精度のばらつきにより第１コア層１２３が完全にエッチングされない事態を防止するため、２μｍ弱だけ下部クラッド層１２２ａにかかるよう深めにエッチングを行ってもよい。一方、第２コア層１２５については、第１コア層１２３の厚さ（また、たとえばこれに加えて２μｍ弱）だけエッチングされて、そのエッチングされた厚さの部分１２５ａだけが対応するコア部（厚さテーパコア部１０４ｄ、１０５ｄおよびスポットサイズ拡大コア部１０４ｅ、１０５ｅ）のパターンに形成される。その後レジストパターンＲ１１、Ｒ１２を除去する。なお、上記のように深めにエッチングを行う場合は、追加のエッチングの深さは２μｍ弱に限られず、製造精度を勘案してたとえば０．１μｍ〜３μｍに適宜設定すればよい。
【００６０】
つぎに、図４−２（ｅ）に示すように、フォトリソグラフィ技術によって、第１エッチング工程によってパターンが形成された第２コア層１２５の部分１２５ａ上にレジストパターンＲ１３を形成する。このレジストパターンＲ１３は、第１エッチング工程においてエッチングしなかった第２コア層１２５の残りの厚さの部分を完全にエッチングすることができる程度の厚さにする。なお、レジストパターンＲ１３の材料は特に限定されない。
【００６１】
つぎに、図４−２（ｆ）に示すように、図４−１（ａ）の工程で用いたものと同じシャドウマスクＭ１１を配置し、シャドウマスクＭ１１の上からエッチングガスＧ１２を供給して反応性イオンエッチング等のドライエッチングを行う（第２エッチング工程）。その結果、図４−２（ｇ）に示すように、第２コア層１２５は選択的に完全にエッチングされて、対応するコア部（厚さテーパコア部１０４ｄ、１０５ｄおよびスポットサイズ拡大コア部１０４ｅ、１０５ｅ）のパターンに形成される。但し、製造の精度のばらつきにより第２コア層１２５が完全にエッチングされない事態を防止するため、２μｍ弱だけ下部クラッド層１２２ａにかかるよう深めにエッチングを行ってもよい。一方、第１コア層１２３はシャドウマスクＭ１１で覆われているため、エッチングされない。その結果、図２１で示したような深い間隙は、２つの第１コア層１２３の間には形成されず、第１エッチング工程で形成された高精度な導波路のパターンが維持される。したがって、各コア部の仕上がり幅や断面形状も良好なものとなる。
【００６２】
つぎに、図４−２（ｈ）に示すように、ＦＨＤ法により、石英系ガラスの微粒子を堆積し、これを加熱してガラス微粒子を透明ガラス化し、上部および側部クラッド層１２２ｂを形成する。ここで、上述したように、２つの第１コア層１２３の間には深い間隙が形成されていない。したがって、近接した２つの第１コア層１２３の間に供給されるガラス微粒子Ｐの密度と、２つの第１コア層１２３の外側の領域に供給されるガラス微粒子Ｐの密度とに差が生じても、ガラス化の際にコア部１０３ａ、１０３ｂが互いに内側に倒れ込むことが抑制される。その結果、コア部１０３ａ、１０３ｂの位置精度が高くなり、その間隔を所望の値とすることができる。なお、方向性結合器１０７のコア部１０７ａ、１０７ｂについても同様に、位置精度が高くなり、その間隔を所望の値とすることができる。また、コア部１０３ａ、１０３ｂ、１０７ａ、１０７ｂの光学主軸が傾くことが抑制されるので、方向性結合器１０３、１０７において偏波クロストーク光の発生が抑制され、偏波モード結合が抑えられる。これにより、方向性結合器１０３、１０７における偏波モード結合に起因する偏波依存周波数シフト（Polarization  Dependent  Frequency  Shift：ＰＤＦＳ）を低減することができる。
【００６３】
その後、溝１０６ａ、１０６ｂを形成し、溝１０６ａ、１０６ｂ内に温度補償材料１１０を挿入する。さらに、素子分離等の必要な処理を行うことによって、波長合分波器１００を製造することができる。
【００６４】
以上説明したように、本実施の形態１によれば、方向性結合器１０３、１０７を導波路の幅や間隔の精度を高く、また導波路形状も良く形成することができるので、波長合分波器１００を高精度で製造することができる。
【００６５】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２に係る波長合分波器１００の製造方法について説明する。本実施の形態２は、実施の形態１の第１エッチング工程と第２エッチング工程とを、第２エッチング工程、第１エッチング工程の順に行うものである。
【００６６】
以下、図５−１、図５−２を参照して本実施の形態２に係る製造方法を説明する。はじめに、図５−１（ａ）に示すように、実施の形態１と同様にして、基板１２１上に下部クラッド層１２２ａ、第１コア層１２３、第２コア層１２５を形成したものを準備する。そして、フォトリソグラフィ技術によって、第２コア層１２５の上にレジストパターンＲ１３を形成する。このレジストパターンＲ１３は、厚さテーパコア部１０４ｄ、１０５ｄおよびスポットサイズ拡大コア部１０４ｅ、１０５ｅのパターンに形成する。レジストパターンＲ１３の厚さについては後述する。
【００６７】
つぎに、図５−１（ｂ）に示すように、図４−１（ａ）の工程で用いたものと同じシャドウマスクＭ１１を配置し、その上からエッチングガスＧ１２を供給してドライエッチングを行う（第２エッチング工程）。その結果、図５−１（ｃ）に示すように、第２コア層１２５は所定の厚さだけ選択的にエッチングされて、そのエッチングされた厚さの部分１２５ｂだけが対応するコア部（厚さテーパコア部１０４ｄ、１０５ｄおよびスポットサイズ拡大コア部１０４ｅ、１０５ｅ）のパターンに形成される。一方、第１コア層１２３はシャドウマスクＭ１１で覆われているため、エッチングされない。
【００６８】
つぎに、図５−１（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィ技術によって、第１コア層１２３と第２コア層１２５のパターンが形成された部分１２５ｂとの上にそれぞれレジストパターンＲ１１、Ｒ１２を形成する。このレジストパターンＲ１１、Ｒ１２は、波長合分波器１００の光導波路（コア部）の形状に形成する。ここで、レジストパターンＲ１１、Ｒ１２は、第１コア層１２３をその厚さだけ完全にエッチングすることができる程度の厚さにする。
【００６９】
つぎに、図５−２（ｅ）に示すように、ドライエッチングによって第１コア層１２３と第２コア層１２５とを同時にエッチングする（第１エッチング工程）。このとき、第１コア層１２３および第２コア層１２５は完全にエッチングされ、対応するコア部（コア部１０３ａ、１０３ｂ、スポットサイズ拡大コア部１０４ｅ、１０５ｅをはじめとするすべてのコア部）のパターンに形成される。但し、製造の精度のばらつきにより第１コア層１２３や第２コア層１２５が完全にエッチングされない事態を防止するため、２μｍ弱だけ下部クラッド層１２２ａにかかるよう深めにエッチングを行ってもよい。その結果、図２１で示したような深い間隙は、２つの第１コア層１２３の間には形成されない。その後レジストパターンＲ１１、Ｒ１２を除去する。
【００７０】
なお、図５−１（ａ）の工程で形成するレジストパターンＲ１３の厚さは、第１エッチング工程を行った後に第２コア層１２５を完全にエッチングすることができる程度の厚さにしておく。
【００７１】
つぎに、図５−２（ｆ）に示すように、ＦＨＤ法により、石英系ガラスの微粒子を堆積し、これを加熱してガラス微粒子を透明ガラス化し、上部および側部クラッド層１２２ｂを形成する。ここで、上述したように、２つの第１コア層１２３の間には深い間隙が形成されていない。したがって、実施の形態１の場合と同様に、コア部１０３ａ、１０３ｂの位置精度が高くなり、その間隔を所望の値とすることができる。なお、方向性結合器１０７のコア部１０７ａ、１０７ｂについても同様に、位置精度が高くなり、その間隔を所望の値とすることができる。また、方向性結合器１０３、１０７における偏波モード結合に起因するＰＤＦＳを低減することができる。
【００７２】
その後、溝１０６ａ、１０６ｂを形成し、溝１０６ａ、１０６ｂ内に温度補償材料１１０を挿入する。さらに、素子分離等の必要な処理を行うことによって、波長合分波器１００を製造することができる。
【００７３】
以上説明したように、本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、方向性結合器１０３、１０７を導波路の幅や間隔の精度を高く、また導波路形状も良く形成することができるので、波長合分波器１００を高精度で製造することができる。
【００７４】
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３に係る波長合分波器１００の製造方法について説明する。本実施の形態３は、下部クラッド層に凹部を形成し、この凹部に第２コア層の一部を形成するものである。
【００７５】
以下、図６−１、６−２を参照して本実施の形態３に係る製造方法を説明する。はじめに、図６−１（ａ）に示すように、基板１２１上に石英系ガラスの微粒子を堆積し、これを加熱してガラス微粒子を透明ガラス化し、下部クラッド層１２２ａを形成する。つぎに、図４−１（ａ）の工程で用いたものと同じシャドウマスクＭ１１を配置し、その上からエッチングガスＧ１２を供給して下部クラッド層１２２ａのドライエッチングを行う（凹部形成工程）。これによって、開口部Ｍ１１ａに対応する、厚さテーパコア部１０４ｃ、１０５ｃを形成すべき領域の下部クラッド層１２２ａに凹部１２２ａａを形成する。このとき、開口部Ｍ１１ａの周辺領域におけるエッチングガスＧ１２の回り込みによって、凹部１２２ａａは、中央部が平坦であり、周辺部には外側に向かって深さがテーパ状に浅くなる形状となる。
【００７６】
つぎに、図６−１（ｂ）に示すように、図６−１（ａ）の工程で用いたものと同じシャドウマスクＭ１１を配置し、プラズマＣＶＤ法によって、シャドウマスクＭ１１の上から下部クラッド層１２２ａ上に原料ガスＧ１１を供給し、凹部１２２ａａに下部コア層１２６を形成する（一部コア層形成工程）。なお、図１９（ｂ）に示した場合と同様に、Ｂ−Ｂ線断面と垂直な断面における下部コア層１２６のテーパ状の部分が、アーム部１０４、１０５の厚さテーパコア部１０４ｄ、１０５ｄにおけるテーパ状の部分となる。
【００７７】
つぎに、図６−１（ｃ）に示すように、プラズマＣＶＤ法によってＧｅＯ２を含む石英系ガラス微粒子を堆積し、第１コア層１２３を形成する。ここで、第１コア層１２３と下部コア層１２６とが堆積した層を第２コア層１２７とする。
【００７８】
その後は、図４−１（ｃ）〜図４−２（ｈ）と同様の工程を行う。すなわち、はじめに、図６−１（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィ技術によって、第１コア層１２３と第２コア層１２７との上にそれぞれレジストパターンＲ１１、Ｒ１２を形成する。
【００７９】
つぎに、図６−１（ｅ）に示すように、ドライエッチングによって第１コア層１２３と第２コア層１２７とを同時にエッチングする（第１エッチング工程）。このとき、第１コア層１２３は完全にエッチングされ、対応するコア部（コア部１０３ａ、１０３ｂ等）のパターンに形成される。但し、製造の精度のばらつきにより第１コア層１２３が完全にエッチングされない事態を防止するため、２μｍ弱だけ下部クラッド層１２２ａにかかるよう深めにエッチングを行ってもよい。一方、第２コア層１２７については、第１コア層１２３の厚さ（また、たとえばこれに加えて２μｍ弱）だけエッチングされて、そのエッチングされた厚さの部分１２７ａだけが対応するコア部（厚さテーパコア部１０４ｄ、１０５ｄおよびスポットサイズ拡大コア部１０４ｅ、１０５ｅ）のパターンに形成される。その後レジストパターンＲ１１、Ｒ１２を除去する。
【００８０】
つぎに、図６−２（ｆ）に示すように、フォトリソグラフィ技術によって、第１エッチング工程によってパターンが形成された第２コア層１２７の部分１２７ａ上にレジストパターンＲ１３を形成する。このレジストパターンＲ１３は、第１エッチング工程においてエッチングしなかった第２コア層１２７の残りの厚さの部分を完全にエッチングすることができる程度の厚さにする。
【００８１】
つぎに、図６−２（ｇ）に示すように、図６−１（ａ）の工程で用いたものと同じシャドウマスクＭ１１を配置し、シャドウマスクＭ１１の上からエッチングガスＧ１２を供給して反応性イオンエッチング等のドライエッチングを行う（第２エッチング工程）。その結果、図６−２（ｈ）に示すように、第２コア層１２７は選択的に完全にエッチングされて、対応するコア部（厚さテーパコア部１０４ｄ、１０５ｄおよびスポットサイズ拡大コア部１０４ｅ、１０５ｅ）のパターンに形成される。但し、製造の精度のばらつきにより第２コア層１２５が完全にエッチングされない事態を防止するため、２μｍ弱だけ下部クラッド層１２２ａにかかるよう深めにエッチングを行ってもよい。一方、第１コア層１２３はシャドウマスクＭ１１で覆われているため、深い間隙が２つの第１コア層１２３の間には形成されない。
【００８２】
つぎに、図６−２（ｉ）に示すように、ＦＨＤ法により、石英系ガラスの微粒子を堆積し、これを加熱してガラス微粒子を透明ガラス化し、上部および側部クラッド層１２２ｂを形成する。このようにして、実施の形態１、２と同様に、コア部１０３ａ、１０３ｂ、方向性結合器１０７のコア部１０７ａ、１０７ｂの位置精度が高くなり、その間隔を所望の値とすることができ、かつＰＤＦＳを低減することができる。
【００８３】
その後、溝１０６ａ、１０６ｂを形成し、溝１０６ａ、１０６ｂ内に温度補償材料１１０を挿入する。さらに、素子分離等の必要な処理を行うことによって、波長合分波器１００を製造することができる。
【００８４】
以上説明したように、本実施の形態３によれば、実施の形態１、２と同様に、方向性結合器１０３、１０７を導波路の幅や間隔の精度を高く、また導波路形状も良く形成することができるので、波長合分波器１００を高精度で製造することができる。
【００８５】
なお、上記実施の形態１と２では、第１コア層１２３の上に上部コア層１２４を形成し、実施の形態３では、第１コア層１２３の下に下部コア層１２６を形成している。これに対して、実施の形態１と実施の形態３とを組み合わせて、第１コア層１２３の上下にそれぞれ上部コア層と下部コア層とを形成して、第２コア層を形成してもよい。
【００８６】
図７は、上部コア層と下部コア層とを形成して第２コア層を形成した場合のＭＺＩ１０６の模式的な断面図である。図７に示すように、上部コア層と下部コア層とを形成した場合は、方向性結合器１０３のコア部１０３ａ、１０３ｂと、アーム導波路１０４、１０５のスポットサイズ拡大コア部１０４ｅ、１０５ｅとの厚さ方向の位置（すなわち、基板１２１に対する高さ位置）の中心を一致させることができる。
【００８７】
（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４に係る波長合分波器１００の製造方法について説明する。実施の形態１〜３では、シャドウマスクを用いて第２コア層を選択的にエッチングしている。これに対して、本実施の形態４は、メタルマスクを用いて第２コア層を選択的にエッチングするものである。
【００８８】
以下、図８を用いて本実施の形態４に係る製造方法を説明する。まず、基板１２１に下部クラッド層１２２ａ、第１コア層１２３、第２コア層１２５を形成したものに、図４−１（ｃ）、（ｄ）に示す工程と同様に、フォトリソグラフィ技術によって、第１コア層１２３と第２コア層１２５との上にそれぞれレジストパターンＲ１１、Ｒ１２を形成し（図８（ａ）参照）、さらにドライエッチングによって第１コア層１２３と第２コア層１２５とを同時にエッチングする（第１エッチング工程）。これによって、第１コア層１２３は完全にエッチングされ、第２コア層１２５は所定の厚さの部分１２５ａだけが所定のパターンに形成される。但し、製造の精度のばらつきにより第１コア層１２３が完全にエッチングされない事態を防止するため、２μｍ弱だけ下部クラッド層１２２ａにかかるよう深めにエッチングを行ってもよい。その後レジストパターンＲ１１、Ｒ１２を除去する（図８（ｂ）参照）。
【００８９】
つぎに、図８（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ技術によって、第１エッチング工程によってパターンが形成された第２コア層１２５の部分１２５ａ上、および、部分１２５ａの周辺を除いた、厚さテーパコア部１０４ｄ、１０５ｄおよびスポットサイズ拡大コア部１０４ｅ、１０５ｅ以外のコア部を形成すべき領域にレジストパターンＲ１４を形成する。このレジストパターンＲ１４は、第１エッチング工程においてエッチングしなかった第２コア層１２５の残りの厚さ部分を完全にエッチングすることができる程度の厚さにする。さらに、部分１２５ａ上以外のレジストパターンＲ１４上にスパッタ法などを用いて金属材料を成膜し、メタルマスクＭ１２を形成する。メタルマスクＭ１２を構成する金属材料は特に限定はされない。ここでは、一例として第２コア層１２５のみを遮蔽するようなシャドウマスクを用いて、部分１２５ａ上を除くレジストパターンＲ１４上にスパッタ法でメタルマスクＭ１２を形成した。
【００９０】
つぎにドライエッチングを行い（第２エッチング工程）、その後にリフトオフ法によってメタルマスクＭ１２とレジストパターンＲ１４とを除去する（図８（ｄ）参照）。その結果、第２コア層１２５は完全にエッチングされて、対応するコア部（厚さテーパコア部１０４ｄ、１０５ｄおよびスポットサイズ拡大コア部１０４ｅ、１０５ｅ）のパターンに形成される。但し、製造の精度のばらつきにより第２コア層１２５が完全にエッチングされない事態を防止するため、２μｍ弱だけ下部クラッド層１２２ａにかかるよう深めにエッチングを行ってもよい。一方、第１コア層１２３はレジストパターンＲ１４およびメタルマスクＭ１２で覆われているため、エッチングされない。その結果、図２１で示したような深い間隙は、第１コア層１２３の間には形成されない。
【００９１】
つぎに、図８（ｅ）に示すように、ＦＨＤ法により、石英系ガラスの微粒子を堆積し、これを加熱してガラス微粒子を透明ガラス化し、上部および側部クラッド層１２２ｂを形成する。本実施の形態４においても、コア部１０３ａ、１０３ｂ、方向性結合器１０７のコア部１０７ａ、１０７ｂの位置精度が高くなり、その間隔を所望の値とすることができる。また、方向性結合器１０３、１０７のＰＤＦＳを低減することができる。
【００９２】
その後、溝１０６ａ、１０６ｂを形成し、溝１０６ａ、１０６ｂ内に温度補償材料１１０を挿入する。さらに、素子分離等の必要な処理を行うことによって、波長合分波器１００を製造することができる。
【００９３】
以上説明したように、本実施の形態４によれば、実施の形態１〜３と同様に、波長合分波器１００を高精度で製造することができる。
【００９４】
なお、上記実施の形態４では、メタルマスクＭ１２を形成し、第２エッチング工程において第１コア層１２３が確実にエッチングされないようにしている。これに対して、第２エッチング工程において第１コア層１２３がエッチングされないような厚さにレジストパターンＲ１４を形成し、これをマスクとすれば、メタルマスクＭ１２を形成しなくてもよい。また、実施の形態４において、部分１２５ａ上のレジストパターンＲ１４にもメタルマスクＭ１２を形成してもよい。これによって、レジストパターンＲ１４を厚くしなくても、第２エッチング工程において部分１２５ａがエッチングされないようにすることができる。
【００９５】
また、第１、第２エッチング工程を行うエッチング装置によってはシャドウマスクＭ１１を使用するのが困難な構造のものがある（たとえば枚葉式のエッチング装置）。これに対して、メタルマスクＭ１２を用いる場合やレジストパターンＲ１４をマスクとする場合のようにシャドウマスクＭ１１を使用しない製造方法は、エッチング装置の構造にかかわらず実施できる点で好ましい。
【００９６】
また、上記実施の形態１に係るアーム部１０４、１０５では、幅テーパコア部１０４ｂ、１０５ｂから厚さテーパコア部１０４ｄ、１０５ｄにかけて、コア部が一旦幅方向へ拡大してから厚さ方向上向きへ拡大する構造になっている。しかしながら、図６に示す実施の形態３のように、コア部の厚さ方向への拡大は下向きに拡大してもよいし、図７に示すように上下に対して対称に拡大してもよい。さらには、コア部は、先に厚さ方向に拡大してから幅方向を拡大しても、幅方向と厚さ方向とが同時に拡大する構造でもよい。
【００９７】
また、上記実施の形態に係る平面光波回路素子では、第１導波路回路部が方向性結合器であるが、第１導波路回路部が、たとえば０．１μｍから１０μｍ程度の距離に近接して配置された２つの第１コア部を有するものであれば、特に有効である。
【００９８】
また、上記実施の形態に係る平面光波回路素子では、第２導波路回路部がマッハツェンダー光干渉計のアーム部を構成するが、たとえばスポットサイズ変換器でもよい。また、第２導波路回路部が、第１導波路回路部のコア部よりも最大厚さが厚い第２コア部を有するものであれば、本発明を適用できる。したがって、第２導波路回路部の第２コア部は少なくとも一部が厚さ方向にテーパ形状を有するものに限られず、一定の厚さを有するものでもよい。
【００９９】
図９〜図１１は、実施の形態に係る製造方法によって製造できるその他の平面光波回路素子の構成を模式的に示す平面図である。
【０１００】
図９は、ＭＺＩ型の波長合分波器１００Ａであり、第１導波路回路部としてのＹ分岐光導波路１０３Ａ、１０７Ａとの間に、第２導波路回路部を有するアーム部１０４Ａａ、１０４Ａｂが接続されている。アーム部１０４Ａａ、１０４Ａｂは、図１に示す波長合分波器１００のアーム部１０４と同様の構成を有している。すなわち、アーム部１０４Ａａ、１０４Ａｂは、順次接続したコア部、幅テーパコア部、水平方向スポットサイズ拡大コア部、厚さテーパコア部、スポットサイズ拡大コア部、厚さテーパコア部、水平方向スポットサイズ拡大コア部、幅テーパコア部、およびコア部を備えており、かつ、スポットサイズ拡大コア部を横切るように形成された溝内に温度補償材料１１０が挿入されたものである。なお、温度補償材料１１０の幅は、アーム部１０４Ａａ、１０４Ａｂの光路長に応じて設定されている。
【０１０１】
図１０は、ＡＷＧ１００Ｂであり、第１導波路回路部としての通過型スターカプラ１０３Ｂ、１０７Ｂとの間に、第２導波路回路部を有するアーム部１０４Ｂａ、１０４Ｂｂ、１０４Ｂｃ、１０４Ｂｄが接続されている。アーム部１０４Ｂａ、１０４Ｂｂ、１０４Ｂｃ、１０４Ｂｄは、図１に示す波長合分波器１００のアーム部１０４と同様の構成を有している。温度補償材料１１０の幅は、アーム部１０４Ｂａ、１０４Ｂｂ、１０４Ｂｃ、１０４Ｂｄの光路長に応じて設定されている。
【０１０２】
図１１は、ＭＺＩ型の波長合分波器１００Ｃであり、第１導波路回路部としての多モード干渉（Multi-Mode  Interference：ＭＭＩ）カプラ１０３Ｃ、１０７Ｃとの間に、第２導波路回路部を有するアーム部１０４Ｃａ、１０４Ｃｂ、１０４Ｃｃ、１０４Ｃｄが接続されている。アーム部１０４Ｃａ、１０４Ｃｂ、１０４Ｃｃ、１０４Ｃｄは、図１に示す波長合分波器１００のアーム部１０４と同様の構成を有している。温度補償材料１１０の幅は、アーム部１０４Ｃａ、１０４Ｃｂ、１０４Ｃｃ、１０４Ｃｄの光路長に応じて設定されている。
【０１０３】
また、上記実施の形態に係る平面光波回路素子の温度補償材料を温度制御して、波長可変型の平面光波回路素子を実現してもよい。
【０１０４】
また、上記各実施の形態により本発明が限定されるものではない。上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、実施の形態３、４において、第１エッチング工程と第２エッチング工程との順番を入れ替えたものも本発明に含まれる。その他、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明に含まれる。
【符号の説明】
【０１０５】
１００、１００Ａ、１００Ｃ  波長合分波器
１００Ｂ  ＡＷＧ
１０１、１０２  光入力ポート
１０３、１０７  方向性結合器
１０３Ａ、１０７Ａ  Ｙ分岐光導波路
１０３Ｂ、１０７Ｂ  通過型スターカプラ
１０３Ｃ、１０７Ｃ  ＭＭＩカプラ
１０３ａ、１０３ｂ、１０４ａ、１０５ａ、１０７ａ、１０７ｂ  コア部
１０４、１０５、１０４Ａａ、１０４Ａｂ、１０４Ｂａ、１０４Ｂｂ、１０４Ｂｃ、１０４Ｂｄ、１０４Ｃａ、１０４Ｃｂ、１０４Ｃｃ、１０４Ｃｄ  アーム部
１０４ｂ、１０５ｂ  幅テーパコア部
１０４ｃ、１０５ｃ  水平方向スポットサイズ拡大コア部
１０４ｄ、１０５ｄ  厚さテーパコア部
１０４ｅ、１０５ｅ  スポットサイズ拡大コア部
１０６  ＭＺＩ
１０６ａ、１０６ｂ  溝
１０８、１０９  光出力ポート
１１０  温度補償材料
１２１  基板
１２２  クラッド部
１２２ａ  下部クラッド層
１２２ａａ  凹部
１２２ｂ  上部および側部クラッド層
１２３  第１コア層
１２４  上部コア層
１２５  第２コア層
１２５ａ、１２５ｂ、１２７ａ  部分
１２６  下部コア層
１２７  第２コア層
Ｇ１１  原料ガス
Ｇ１２  エッチングガス
Ｍ１１  シャドウマスク
Ｍ１１ａ  開口部
Ｍ１２  メタルマスク
Ｒ１１〜Ｒ１４  レジストパターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図６−１】
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【図６−２】
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【図７】
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【図８】
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【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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