JP2007147751A - Method of manufacturing optical waveguide - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光導波路の作製方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an optical waveguide.
従来から、光導波路の作製方法として、基板上に形成されたコアをリッジ形状に加工し、火炎堆積法(FHD)、プラズマCVD法などを用いて、基板及びコア上にオーバークラッドガラスを堆積してコアの上面と側面を覆うオーバークラッドを形成する方法がある(下記特許文献1参照)。
しかし、FHD法では高温のため所望の形状が得られにくく、さらにオーバークラッドに添加物を加えるため残留応力による偏波特性の劣化が懸念される。また、PVD法やCVD法ではボイドが残って十分な特性が得られにくい。 However, in the FHD method, it is difficult to obtain a desired shape due to high temperature, and furthermore, since an additive is added to the overcladding, there is a concern about deterioration of polarization characteristics due to residual stress. Also, with the PVD method or the CVD method, voids remain and it is difficult to obtain sufficient characteristics.
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、光導波路の特性を向上させることが可能な光導波路の作製方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for producing an optical waveguide capable of improving the characteristics of the optical waveguide.
本発明の光導波路の作製方法は、第一の基板上にコア膜を形成するコア膜形成工程と、コア膜を加工して第一の基板上に矩形断面形状を有するコアを形成するコア膜加工工程と、第二の基板にコアに対応する溝を形成する溝形成工程と、第一の基板に形成されたコアと第二の基板に形成された溝とを互いに対応させて第一の基板と第二の基板とを接合する接合工程と、を備える。 An optical waveguide manufacturing method of the present invention includes a core film forming step of forming a core film on a first substrate, and a core film that forms a core having a rectangular cross-sectional shape on the first substrate by processing the core film A first step in which a processing step, a groove forming step of forming a groove corresponding to the core on the second substrate, and a core formed on the first substrate and a groove formed on the second substrate are made to correspond to each other; A bonding step of bonding the substrate and the second substrate.
本発明の光導波路の作製方法によれば、第一の基板に形成された矩形断面形状を有するコアと第二の基板に形成された溝とを対応させて、第一の基板と第二の基板とを接合するので、オーバークラッドを第二の基板で構成することとなる。よって、ガラスを堆積してオーバークラッドを形成する場合に発生するボイドの発生又は変形を防止することができる。よって、損失を低減して、特性の向上した光導波路を作製することができる。 According to the method for manufacturing an optical waveguide of the present invention, the first substrate and the second substrate are formed by associating the core having the rectangular cross-sectional shape formed on the first substrate with the groove formed on the second substrate. Since the substrate is bonded, the over clad is constituted by the second substrate. Therefore, generation | occurrence | production or deformation | transformation of the void which generate | occur | produces when depositing glass and forming an over clad can be prevented. Therefore, an optical waveguide with improved characteristics can be manufactured with reduced loss.
また、本発明の光導波路の作製方法は、接合工程において、第一の基板と第二の基板との接合に接着剤を用いることも好ましい。このようにして、第一の基板と第二の基板とを確実に接合することができる。 In the method for producing an optical waveguide according to the present invention, it is also preferable to use an adhesive for joining the first substrate and the second substrate in the joining step. In this way, the first substrate and the second substrate can be reliably bonded.
また、本発明の光導波路の作製方法は、第一及び第二の基板が石英ガラス基板であり、コア膜が屈折率上昇用ドーパントが添加された石英ガラスであることも好ましい。このようにして、第一及び第二の基板の屈折率をコアの屈折率よりも低く設定して、コアに対して第一及び第二の基板をクラッドとして適切に機能させることができる。また、コアの周囲を同一材質の第一の基板と第二の基板とで囲むこととなる。よって光導波路の偏波特性が向上し、より特性の向上した光導波路を作製することができる。屈折率上昇用ドーパントとしては、例えばGeが使用できる。 In the method for producing an optical waveguide of the present invention, it is also preferable that the first and second substrates are quartz glass substrates and the core film is quartz glass to which a dopant for increasing the refractive index is added. In this way, the refractive indexes of the first and second substrates can be set lower than the refractive index of the core, and the first and second substrates can function appropriately as clads with respect to the core. Further, the periphery of the core is surrounded by the first substrate and the second substrate made of the same material. Therefore, the polarization characteristics of the optical waveguide are improved, and an optical waveguide with improved characteristics can be manufactured. For example, Ge can be used as the dopant for increasing the refractive index.
また、本発明の光導波路の作製方法は、コア膜加工工程において、コアを形成すると共に、コアの厚さより薄い膜をコアと同一面上に残すように前記コア膜を加工し、接合工程において、1200℃以上に加熱することにより第一の基板と第二の基板とを接合することも好ましい。 Further, the optical waveguide manufacturing method of the present invention forms the core in the core film processing step, and processes the core film so that a film thinner than the thickness of the core remains on the same plane as the core. It is also preferable to join the first substrate and the second substrate by heating to 1200 ° C. or higher.
このように第一及び第二の基板が石英ガラス基板であり、コア膜が屈折率上昇用ドーパントが添加された石英ガラスである場合、一般にコア膜加工工程において形成される膜及びコアは、第一及び第二の基板よりも低い温度で軟化する。そして、接合工程において、1200℃以上に加熱するので、膜及びコアが軟化して、膜及びコアと第一の基板及び第二の基板との密着性が向上する。 Thus, when the first and second substrates are quartz glass substrates and the core film is quartz glass to which a dopant for increasing the refractive index is added, the film and the core generally formed in the core film processing step are Softens at a lower temperature than the first and second substrates. And since it heats to 1200 degreeC or more in a joining process, a film | membrane and a core soften and the adhesiveness of a film | membrane and a core, a 1st board | substrate, and a 2nd board | substrate improves.
本発明の光導波路の作製方法によれば、光導波路の特性を向上させることができる。 According to the method for producing an optical waveguide of the present invention, the characteristics of the optical waveguide can be improved.
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same reference numerals are assigned to the same elements, and duplicate descriptions are omitted.
(第1実施形態)
図1は、本実施形態に係る光導波路の作製方法の工程を示す図である。本実施形態に係る光導波路の作製方法は、コア膜形成工程S1、コア膜加工工程S2、溝形成工程S3、及び接合工程S4を備える。続いて、図2を参照して、第1実施形態に係る光導波路の作製方法の各工程について説明する。図2は、第1実施形態に係る光導波路の作製方法を示す断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating the steps of a method for manufacturing an optical waveguide according to the present embodiment. The optical waveguide manufacturing method according to the present embodiment includes a core film forming step S1, a core film processing step S2, a groove forming step S3, and a joining step S4. Then, with reference to FIG. 2, each process of the manufacturing method of the optical waveguide which concerns on 1st Embodiment is demonstrated. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing the optical waveguide according to the first embodiment.
コア膜形成工程S1において、図2(a)に示すように、第一の基板11上にコア膜12を形成する。第一の基板11は、直径4インチ程度、厚さ0.5mm程度の石英ガラス基板である。コア膜12は、プラズマCVD法を用いて屈折率上昇用ドーパントとしてGeが添加された石英ガラス膜を厚さ7.5μm程度堆積して形成される。コア膜12を形成する方法としては、FHD法またはスパッタ等を用いてもよい。
In the core film forming step S1, a
コア膜形成工程S1の後、コア膜加工工程S2が行われる。図2(b)に示すように、コア膜加工工程S2において、コア膜12を加工して矩形断面形状を有するコア12aを形成する。コア膜12の上面に、導波路回路パターンに対応するフォトマスクを形成し、フォトリソグラフィー及びリアクティブイオンエッチングを用いて、導波路回路パターンに沿ったコア12aを形成する。
After the core film forming step S1, a core film processing step S2 is performed. As shown in FIG. 2B, in the core film processing step S2, the
本実施形態では、コア12aの周囲のコア膜12を除去し、コア12aは、断面が幅7.5μm、高さ7.5μmの正方形となるように形成される。その後、コア12aが形成された第一の基板11Aを酸素雰囲気中、温度1000℃で8時間アニールする。
In the present embodiment, the
また、溝形成工程S3において、第二の基板13にコア12aに対応する溝14を形成する。まず、図2(c)に示すように、第一の基板11と同様な材質である石英ガラス製であって、直径4インチ程度、厚さ0.5mm程度の第二の基板13を準備する。続いて、図2(d)に示すように、第二の基板13の主面に、コア12aのパターンに対応するフォトマスクを形成し、フォトリソグラフィー及びリアクティブイオンエッチングを用いて、コア12aのパターンに対応する溝14を形成する。溝14の断面は、幅8.5μm、深さ7.7μmの長方形であり、溝14にコア12aがはまるように形成される。
In the groove forming step S3, the
そして、コア12aが形成された第一の基板11Aと溝14が形成された第二の基板13Aとを、バッファードフッ酸を含む洗浄液で洗浄し、乾燥する。その後、洗浄した第一の基板11A及び第二の基板13Aの表面をシランカップリング剤を用いて処理し、溝14が形成された第二の基板13Aの表面に接着剤をスピンコーターで塗布する。接着剤としては、例えば、粘度が100cP以下程度のエポキシ系UV接着剤を用いる。
Then, the
次に、接合工程S4において、図2(e),(f)に示すように、コア12aと溝14を対応させて第一の基板11Aと第二の基板13Aとを接合する。まず、第一の基板11Aのコア12aが形成された面と第二の基板13Aの溝14が形成された面とが間隔をあけて対向するように、第一の基板11Aと第二の基板13Aとを露光機にセットする。露光機は、フォトリソグラフィーで用いられる密着型の露光機である。第一の基板11Aを露光機のフォトマスクホルダにセットし、第二の基板13Aを露光機の基板ホルダにセットする。
Next, in the joining step S4, as shown in FIGS. 2E and 2F, the
そして、露光機の接眼レンズでコア12aのパターンと溝14のパターンとを見て、双方のパターンが重なるように第一の基板11Aと第二の基板13Aの位置合わせを行う。パターンが重なったら、第一の基板11Aと第二の基板13Aとを密着させ、第一及び第二の基板11A,13Aの全面にUV光を照射して接着剤を硬化させ、第一の基板11Aと第二の基板13Aとを接着する。このようにして光導波路10Aが作製される。
Then, the pattern of the
光導波路10Aでは、接着剤によって互いに接着された第一の基板11及び第二の基板13Aが、コア12aに対するクラッドとして機能する。断面四角形状のコア12aの一面が第一の基板11と接し、コア12aの他三面が第二の基板13Aの溝14を構成する3面とそれぞれ接している。すなわち、コア12aの周囲は、互いに材質が同じ第一及び第二の基板11,13Aに接している。
In the
引き続いて、本実施形態に係る光導波路の作製方法による効果について説明する。本実施形態の光導波路の作製方法によれば、第一の基板11Aに形成された矩形断面形状を有するコア12aと第二の基板13Aに形成された溝14とを対応させて、第一の基板11と第二の基板13Aとを接合するので、オーバークラッドを第二の基板13Aで構成することとなる。よって、ガラスを堆積してオーバークラッドを形成する場合に発生するボイドの発生及び変形を防止することができる。従って、より損失が少ない特性の向上した光導波路10Aを作製することができる。
Subsequently, effects of the method for manufacturing an optical waveguide according to the present embodiment will be described. According to the method for manufacturing an optical waveguide of the present embodiment, the first core 11a having a rectangular cross-sectional shape formed on the
また、従来のように、基板上にコアを形成し、基板及びコア上にオーバークラッドガラスを堆積して作製した光導波路は、基板とオーバークラッドの特性が異なる。すなわち、コアの四方を囲むクラッドの特性が異なることにより、偏波特性が劣化する。 In addition, an optical waveguide produced by forming a core on a substrate and depositing an overclad glass on the substrate and the core as in the prior art has different characteristics between the substrate and the overclad. In other words, the polarization characteristics deteriorate due to the different characteristics of the cladding surrounding the four sides of the core.
それに対して、本実施形態に係る光導波路の作製方法によれば、第一の基板11Aに形成された矩形断面形状を有するコア12aと第二の基板13Aに形成された溝14とを対応させて、互いに同じ材質の第一の基板11と第二の基板13Aとを接合するので、コア12bの周囲を同一材質の第一の基板11と第二の基板13Aとで囲むことができる。よって、光導波路10Bの偏波特性が向上する。
On the other hand, according to the manufacturing method of the optical waveguide according to the present embodiment, the
また、従来では、オーバークラッドガラスを堆積するための装置が必要であった。特に、ボイド等を低減するためにより高温、且つより高圧雰囲気で堆積を行うHIP法を用いる場合には、より大掛かりな装置が必要であった。 Conventionally, an apparatus for depositing overclad glass has been required. In particular, when using the HIP method in which deposition is performed in a higher temperature and higher pressure atmosphere in order to reduce voids, a larger apparatus is required.
それに対して本実施形態では、第一及び第二の基板11、13Aによってコア12aの周囲を覆いクラッドを構成するので、ガラスを堆積する工程及び装置は不要である。なお、本実施形態において、第一の基板11Aと第二の基板13Aとを接合する際に用いる装置は、フォトリソグラフィーで用いる露光機であるので、接合工程S4において新たな装置は不要である。
On the other hand, in the present embodiment, the first and
また、上記従来の方法で作製した光導波路を実装するには、光導波路に補強版を貼り付ける必要がある。それに対して、本実施形態の光導波路の作製方法では、オーバークラッドを構成する第二の基板13Aを、従来のオーバークラッドの厚さと補強版に相当する厚さとを合わせた厚さとすることができる。よって、光導波路を実装する場合に、補強板を貼り付ける必要がなくなる。すなわち、本実施形態の光導波路の作成方法により光導波路を作製することにより、デバイス実装工程での補強板貼り付けまで考えたときの総工程数を減らすことができる。
Moreover, in order to mount the optical waveguide produced by the conventional method, it is necessary to attach a reinforcing plate to the optical waveguide. On the other hand, in the method for manufacturing an optical waveguide according to the present embodiment, the
なお、第1実施形態に係る光導波路の作製方法により作製した光導波路10Aをダイシングして各チップに分割し、端面を研磨し、端面に光ファイバアレイを接続して、光導波路デバイスを作製した。このようにして作製した長さ3.5cmの直線導波路の挿入損失(両端の光ファイバの接続部の損失と導波路の損失を合わせた損失)は、1dBであった。
The
(第2実施形態)
第2実施形態に係る光導波路の作製方法は、第1実施形態と同様に、コア膜形成工程S1、コア膜加工工程S2、溝形成工程S3、及び接合工程S4を備える。図3を参照して、第2実施形態に係る光導波路の作製方法の各工程について説明する。図3は、第2実施形態に係る光導波路の作製方法を示す断面図である。
(Second Embodiment)
The optical waveguide manufacturing method according to the second embodiment includes a core film forming step S1, a core film processing step S2, a groove forming step S3, and a joining step S4, as in the first embodiment. With reference to FIG. 3, each process of the manufacturing method of the optical waveguide which concerns on 2nd Embodiment is demonstrated. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing an optical waveguide according to the second embodiment.
コア膜形成工程S1において、第1実施形態と同様に、直径4インチ程度、厚さ0.5mm程度の石英ガラス基板である第一の基板11上にコア膜12を形成する。コア膜12は、屈折率上昇用ドーパントとしてGeが添加された石英ガラス膜であり、プラズマCVD法を用いて8.0μm程度の厚さに堆積して形成される(図3(a))。
In the core film forming step S1, the
コア膜形成工程S1の後、コア膜加工工程S2が行われる。図3(b)に示すように、コア膜加工工程S2において、コア膜12を加工して矩形断面形状を有するコア12b及び膜12cを形成する。コア膜12の上面に、導波路回路パターンに対応するフォトマスクを形成し、フォトリソグラフィー及びリアクティブイオンエッチングを用いて、導波路回路パターンに沿ったコア12bを形成する。
After the core film forming step S1, a core film processing step S2 is performed. As shown in FIG. 3B, in the core film processing step S2, the
コア12bを形成すると共に、コア12bの周囲は、コア12bの厚さよりも薄い膜12cを残して加工する。コア12bは断面が幅7.5μm、高さ7.5μm、膜12cは厚さ0.5μmとなるように加工する。
The core 12b is formed, and the periphery of the core 12b is processed while leaving a
また、溝形成工程S3において、第一実施形態と同様に、直径4インチ程度、厚さ0.5mm程度の石英ガラス基板である第二の基板13にコア12bに対応する溝14を形成する(図3(c),(d))。そして、コア12b及び膜12cが形成された第一の基板11Bと溝14が形成された第二の基板13Aとを、共にバッファードフッ酸を含む洗浄液で洗浄し、乾燥する。
In the groove forming step S3, as in the first embodiment, the
次に、接合工程S4において、図3(e)に示すように、コア12bと溝14とを対応させて第一の基板11Bと第二の基板13Aとを接合する。まず、第一の基板11Bのコア12bが形成された面と第二の基板13Aの溝14が形成された面とが間隔をあけて対向するように、第一の基板11Bと第二の基板13Aとを露光機にセットする。露光機は、フォトリソグラフィーで用いられる密着型の露光機である。第一の基板11Bを露光機のフォトマスクホルダにセットし、第二の基板13Aを露光機の基板ホルダにセットする。
Next, in the bonding step S4, as shown in FIG. 3E, the
そして、露光機の接眼レンズでコア12bのパターンと溝14のパターンとを見て、双方のパターンが重なるように第一の基板11Bと第二の基板13Aの位置合わせを行う。パターンが重なったら、第一の基板11Bと第二の基板13Aを密着させる。密着させた第一及び第二の基板11B,13Aの上下を耐熱性の板(例えばSiC板)で挟み込んで、酸素雰囲気中、1300℃で20時間、熱処理を行う。
Then, the pattern of the core 12b and the pattern of the
Geが添加された石英ガラスの膜12c及びコア12bは、石英ガラス基板である第一及び第二の基板11B,13Aよりも低い温度で軟化する。すなわち、1300℃で20時間加熱することにより、膜12c及びコア12bが軟化して、膜12c及びコア12bと第一の基板及び第二の基板との密着性を良くすることができる。なお、Ge添加石英ガラスの膜12cを厚くすると、そこにコア12bから光が漏れて損失の原因となるが、1μm以下程度の厚さの層であれば光学特性への影響は小さい。
The
このようにして光導波路10Bが作製される。光導波路10Bでは、互いに接着された第一の基板11及び第二の基板13Aが、コア12aに対するクラッドとして機能する。そして、第一の基板11と第二の基板13Aとは、コア12bと同じ材質の膜12cを介して接着されている。また、断面四角形状のコア12bの一面が第一の基板11と接し、コア12bの他三面が第二の基板13Aと接している。すなわち、コア12bの周囲は、互いに材質が同じ第一及び第二の基板11,13Aに接している。
In this way, the
第2実施形態の光導波路の作製方法によれば、第一の基板11Bに形成された矩形断面形状を有するコア12bと第二の基板13Aに形成された溝14とを対応させて、第一の基板11と第二の基板13Aとを接合するので、オーバークラッドを第二の基板13Aで構成することとなる。よって、ガラスを堆積してオーバークラッドを形成する場合に発生するボイド又は変形の発生を防止することができる。従って、損失の少なくより特性の向上した光導波路10Bを作製することができる。
According to the method for manufacturing an optical waveguide of the second embodiment, the core 12b having a rectangular cross-sectional shape formed on the
また、第一の基板11Bに形成された矩形断面形状を有するコア12bと第二の基板13Aに形成された溝14とを対応させて、互いに同じ材質の第一の基板11と第二の基板13Aとを接合するので、コア12bの周囲を同一材質の第一の基板11と第二の基板13Aとで囲むことができる。よって、光導波路10Bの偏波特性が向上する。
Further, the
なお、第2実施形態に係る光導波路の作製方法により作製した光導波路10Bをダイシングして各チップに分割し、端面を研磨し、端面に光ファイバアレイを接続して、光導波路デバイスを作製した。このようにして作製した長さ3.5cmの直線導波路の挿入損失(両端の光ファイバの接続部の損失と導波路の損失を合わせた損失)は、1dBであった。
In addition, the
10A,10B…光導波路、11…第一の基板、11A…第一の基板、12a,12b…コア、12…コア膜、13…第二の基板、13A…第二の基板、14…溝。 10A, 10B ... optical waveguide, 11 ... first substrate, 11A ... first substrate, 12a, 12b ... core, 12 ... core film, 13 ... second substrate, 13A ... second substrate, 14 ... groove.
Claims (4)
前記コア膜を加工して前記第一の基板上に矩形断面形状を有するコアを形成するコア膜加工工程と、
第二の基板に前記コアに対応する溝を形成する溝形成工程と、
前記第一の基板に形成された前記コアと前記第二の基板に形成された前記溝とを互いに対応させて前記第一の基板と前記第二の基板とを接合する接合工程と、
を備えることを特徴とする光導波路の作製方法。 A core film forming step of forming a core film on the first substrate;
A core film processing step of processing the core film to form a core having a rectangular cross-sectional shape on the first substrate;
A groove forming step of forming a groove corresponding to the core on the second substrate;
A bonding step of bonding the first substrate and the second substrate by causing the core formed on the first substrate and the groove formed on the second substrate to correspond to each other;
A method for producing an optical waveguide, comprising:
前記接合工程において、1200℃以上に加熱することにより第一の基板と第二の基板とを接合することを特徴とする請求項3に記載の光導波路の作製方法。 In the core film processing step, the core film is processed and the core film is processed so as to leave a film thinner than the core thickness on the same plane as the core,
The method for manufacturing an optical waveguide according to claim 3, wherein in the joining step, the first substrate and the second substrate are joined by heating to 1200 ° C. or higher.
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