JP2003156645A - 光電子部品の製造方法 - Google Patents

光電子部品の製造方法

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JP2003156645A
JP2003156645A JP2001355268A JP2001355268A JP2003156645A JP 2003156645 A JP2003156645 A JP 2003156645A JP 2001355268 A JP2001355268 A JP 2001355268A JP 2001355268 A JP2001355268 A JP 2001355268A JP 2003156645 A JP2003156645 A JP 2003156645A
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honing
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JP2001355268A
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English (en)
Inventor
Kazunari Nishihara
和成 西原
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Grinding Of Cylindrical And Plane Surfaces (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工時間が短く、3インチ以上の大判ウエハ
で形成が可能な低コストで導波損失の小さいガラス系光
導波路の製造方法を提供する。 【解決手段】 下部クラッド層12の上面にコア層11
を形成し、このコア層11を所定の厚みとなるまで平面
ホーニング加工し、この平面ホーニング加工したコア層
11をパターニングしてコア部を形成し、少なくともこ
のコア部を覆うように上部クラッド層14を形成してな
る光導波路で、平面ホーニング加工は粒度#1500以
上の超砥粒ホイールを用いることにより3インチ以上の
大判でコア層を短時間で10μm以下まで加工し、かつ
仕上げ面粗さを2nm以下と小さくできるため安価で導
波損失の小さいガラス系の光導波路の製造方法を提供可
能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に光導波路およ
びその製造方法に用いる光電子部品の製造方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】光分波合波器、分岐挿入器等の光電子部
品は多々あるが、従来の技術としての光電子部品の一例
として、光導波路を例にして説明する。この光導波路の
製造方法としては、堆積法とイオン交換法の2種類に大
別することができる。
【0003】堆積法は、シリコン等からなる基板上にS
iO2膜を付ける方法であって、火炎堆積法、P−CV
D法、MBE蒸着等である。
【0004】堆積法で光導波路を製造するには、まず、
図4(a)および(b)に示すように、石英基板1上に
火災堆積法により、コア層2としてGeO2添加SiO2
スート4あるいはTiO2添加SiO2スート4を、噴射
孔3を介して数μmの厚さに堆積させた後、これを焼結
透明化する。
【0005】次いで、図4(c)に示すように、フォト
リソグラフィー法、反応性イオンエッチング法によりコ
ア層2をパターニングしてコア部5を形成する。
【0006】その後、図4(d)に示すように、再び火
炎堆積法により、コア部5を覆うように石英基板1上
に、上部クラッド層6としてP25およびB23が添加
されたSiO2を堆積させ、これを焼結透明化して光導
波路を製造していた。
【0007】また、イオン交換法においては、ボロシリ
ケートガラス基板上に導波路パターンの金属マスクを形
成する。次いで、前記基板をドーパントを含む溶融塩中
に浸漬し、導波路パターン上にイオン交換現象を利用し
て、ドーパントをガラス基板中に拡散させる(コア層の
表面形成)。さらに、ガラス内のイオン(ドーパントで
ないもの)と同種のイオンのみを含む溶融塩中にガラス
基板を浸漬し、電界を印加して表面のコア層(ドーパン
ト)をガラス内部に泳動させて(コア部の内部形成)、
光導波路となる高屈折率部を形成する。なお、マスクを
除去後に光導波路を基板内部に押し込みかつ表面層を低
屈折率に形成する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術で説明した堆積法、イオン交換法においては、以下
の問題点がある。
【0009】堆積法で形成したものは最も伝播損失が小
さいものであるが、コア、クラッド層の堆積と焼結工
程、フォトリソグラフィーによるパターニング工程を経
るため、光導波路の作製に工数および時間がかかり、特
に、コア層の堆積には1.5時間、焼結に10時間を要
していた。
【0010】また、イオン拡散法で形成したものは比較
的短時間で作製が可能であるが、コア層のイオン拡散の
分布を生じるため、屈折率分布を生じ、伝播損失が悪く
なる。
【0011】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので、伝播損失が少なく、かつ光導波路の作製に費やさ
れる時間を短縮し、安価な光電子部品の製造方法を提供
することを目的とするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は以下の構成を有する。
【0013】第1の発明は、平面ホーニング加工は粒度
#1500以上の超砥粒ホイールを用いることにより3
インチ以上の大判のウエハ上に厚み30μm以下のコア
層を高速かつ高精度に形成することが可能となり、ガラ
ス系光導波路の作製に費やされる時間を短縮し、安価に
なるという作用を有する。
【0014】第2の発明は、平面ホーニングする加工
は、コア層の主面の仕上げ面粗さが5nm以下とするも
ので、コア部とクラッド部の界面での反射、吸収を抑制
し導波損失の小さな光導波路を提供できる作用を有す
る。
【0015】第3の発明は、平面ホーニング加工する工
程に用いる砥石用の超砥粒ホイールのボンド材がレジン
であるもので、ボンド材によるポリッシュ効果により平
面ホーニング後のコア部主面の仕上げ面粗さをさらに向
上することが可能で、導波損失の非常に優れた光導波路
を提供できる作用を有する。
【0016】第4の発明は、平面ホーニングする工程
は、超砥粒ホイールの回転数が毎分200以上であるも
ので、加工圧に依存せず仕上げ面粗さを向上することが
可能であり、また加工時間を短縮することが可能である
ため導波損失が小さくかつ安価な光導波路を提供できる
作用を有する。
【0017】第5の発明は、平面ホーニングする工程
は、100N以上の加工圧でコア層を平面ホーニング加
工した後に50N以下の加工圧で前記コア層をさらに平
面ホーニング加工して所定の厚みに加工するもので、仕
上げ用に別仕様の砥石が不要で安価な光導波路を提供で
きる作用を有する。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態にお
ける光電子部品の製造方法を図1〜図3を参照しながら
説明する。本実施の形態における光電子部品の一例とし
て、光導波路の製造方法にて説明する。
【0019】図1は本発明の一実施の形態における光導
波路の製造工程図、図2は同要部である平面ホーニング
加工の加工特性を説明する図、図3(a)は同要部であ
る平面ホーニング加工用ホイールの上面図、図3(b)
は同下面図である。
【0020】図1において11はコア用ガラス材料であ
り、12はクラッド用ガラス材料で、コア用ガラス材料
の上面に設けてなるものである。コア用ガラス材料11
とクラッド用ガラス材料12との界面で特定波長の光を
全反射させるために、コア用ガラス材料11とクラッド
用ガラス材料12との間には所定の屈折率差が得られる
ようにそれぞれのガラス材料を選定する。
【0021】まず、少なくとも互いに接する面の平坦度
が高くかつ光学研磨されたクラッド用ガラス材料12お
よびコア用ガラス材料11を準備する。
【0022】次に図1(a)に示すようにそれぞれを精
密洗浄を行い、光学研磨された面同士を重ねあわせて接
着する。この時、光学接着剤を用いてもよいし、さらに
ある一定の条件を満たすことにより接着剤を用いずに直
接接合することも可能である。直接接合する場合は、接
合面の仕上げ面粗さが所定の値以下になるように加工
し、接合面の汚れを極力取り除く必要がある。ガラス材
料の組成にも依存するが、おおむね平均仕上げ面粗さで
2nm以下は必要となる。また、重ね合わせて加圧した
後、最低250℃以上で1時間程度の加熱処理が必要と
なる。このようにコア用ガラス材料11をクラッド用ガ
ラス材料12に接着することにより、従来の火炎堆積法
やイオン交換法に比較してガラス材料の組み合わせ範囲
が広がることになる。すなわち火炎堆積法ではクラッド
用ガラス材料12は事実上石英ガラスに制限され、コア
用ガラス材料11の屈折率を変化させるためGeやFを
ドープさせる。イオン交換法も同様である。石英ガラス
は硬度が高いため加工が非常に難しく、またコストも高
い。それに対し本発明の光電子部品の製造方法では、コ
ア層11を接着により形成できることで、クラッド層1
1との屈折率差を満足する組み合わせであれば加工が比
較的容易で安価な低融点ガラスなどでも適用可能とな
る。
【0023】次に、図1(b)に示すように、コア層1
2側から、コア層12の厚みが5〜7μmとなるまで平
面ホーニング加工を行う。このとき、粒度が#1500
以上の細かい超砥粒を用いることによりコア層12の主
表面の仕上げ表面粗さは2nm以下とすることが可能と
なる。光導波路として用いる場合、コア層12とクラッ
ド層11および13との界面で光の反射および吸収を極
力抑える必要がある。そのため、コア層12の主表面の
仕上げ面粗さは平滑であることが要求される。一般的に
導波させる波長の1/100以下にする必要がある。WDM
などで使用される光の波長域は主に1.3μm帯と1.
5μm帯であるため、仕上げ表面粗さは13〜15nm
以下が要求されることになる。平面ホーニング加工によ
り上記の仕上げ面粗さを充分満足できる。この工程で実
施した平面ホーニング加工用砥石を図3に示す。図3
(a)において、23は砥粒層を、22は砥粒層を固定
するための面盤を示している。また図3(b)で21は
面状に形成した砥粒層を示している。加工後の平坦度を
要求する場合には図3(a)の砥粒層を放射状に配置し
たものが有効である。
【0024】平面ホーニング加工によりコア層12を加
工する場合、まず初めに加工圧100N以上で加工した
後50N以下の加工圧で仕上げることによりさらに低損
失な光導波路を形成することが可能となる。図2は横軸
に加工時間を取り、縦軸に仕上げ面粗さと累積の加工量
を取ったものである。加工圧が100N以上では累積の
加工量は加工時間に依存せずほぼ一定の加工レートを取
ることがわかる。また仕上げ面粗さは加工圧に依存しな
いこともわかる。このことから、加工初期の段階では加
工レートを高めるため加工圧が100N以上が有効であ
り、仕上げ時には加工圧を50N以下と下げることによ
り加工ダメージや残留応力の少ない仕上げ面にすること
が可能である。平面ホーニング用砥石の仕様に依存する
が、初期の加工圧は砥粒切れ刃の全てがコア層12に埋
没しないように加工圧の上限を決める必要がある。本実
施の形態で検討した平面ホーニング加工用砥石では20
0Nが上限であった。また、加工時の回転数が高いほど
平均化の効果が高いため、加工時の平面ホーニング用砥
石およびワークの回転数は毎分200回転以上が望まし
い。回転数の上限は機械精度に依存するが、本研究で用
いた装置では機械振動が増加する毎分900回転が上限
の回転数であった。
【0025】通常、このような仕上げ面に加工するため
には遊離砥粒を用いた研磨法が用いられるが、研磨法は
加工レートが小さく仕上げまでに数時間を有する。ま
た、大判のウエハで研磨した場合、ウエハの周縁部がだ
れることにより歩留まりが劣化するという問題がある。
本発明による製造方法においてコア層12を薄く加工す
る工程に平面ホーニング加工を用いることにより、5分
以下という非常に短時間で仕上げ面粗さを2nm以下ま
で加工し、さらに3インチ以上の大判のウエハでの一括
形成が可能となる。
【0026】ここで、図1(b)の工程を研削により一
定量加工し、最終仕上げとして平面ホーニング加工を適
用することも可能である。この場合は、平面ホーニング
加工による除去量を研削により生じる加工変質層深さ以
上に設定する必要がある。
【0027】次に、図1(c)に示すようにレジスト1
3をスピンコートで塗布した後、図1(d)に示すよう
にフォトリソグラフィー法でパターニングし、その後反
応性イオンエッチング法によりコア層12をエッチング
して、次いでレジスト13を除去してコア層12を形成
した図1(e)の基板を作製する。上部クラッド層14
となるガラス材料をターゲットとし、真空中で図1
(f)のコア層形成面上にガラスを堆積させ上部クラッ
ド層を被覆一体化した図1(f)の光導波路を形成す
る。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明はコア層を
形成する工程で粒度が#1500以上の細かい超砥粒を
用いた平面ホーニング加工を用いることにより光電子部
品を作製でき、従来法より装置コストが少なく、しかも
作業時間も短く、容易かつ効率の良い光電子部品の製造
方法を提供できる。また、クラッドガラスとコアガラス
の組み合わせの選択幅を広くすることができるため、安
価なガラス系導波路を提供できる効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態における光導波路の工程
【図2】同要部である平面ホーニング加工の加工特性を
説明する図
【図3】(a) 同要部である平面ホーニング加工用砥
石の上面図 (b) 同下面図
【図4】従来の導波路の工程図
【符号の説明】
11 コア層 12 下部クラッド層 13 レジスト 14 上部クラッド層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // B24B 13/00 G02B 6/12 M Fターム(参考) 2H047 KA04 PA04 PA21 PA24 QA04 TA36 3C043 BB00 CC04 3C049 AA04 CA01 CA06 CB01 CB03 3C058 AA02 AA09 CA06 CB03 DA02 3C063 AA02 AB05 BB02 BC03 EE27

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1のクラッド層の上面にコア層を形成
    し、このコア層を所定の厚みとなるまで平面ホーニング
    加工し、この平面ホーニング加工したコア層をパターニ
    ングしてコア部を形成し、少なくともこのコア部を覆う
    ように第2のクラッド層を形成するもので、前記平面ホ
    ーニング加工は粒度#1500以上の超砥粒ホイールを
    用いる光電子部品の製造方法。
  2. 【請求項2】 平面ホーニング加工する工程は、コア層
    の主面の仕上げ面粗さが5nm以下とする請求項1記載
    の光電子部品の製造方法。
  3. 【請求項3】 平面ホーニング加工する工程に用いる砥
    石、超砥粒ホイールのボンド材がレジンである請求項1
    記載の光電子部品の製造方法。
  4. 【請求項4】 平面ホーニング加工する工程は、超砥粒
    ホイールの回転数が毎分200以上であることを特徴と
    する請求項1記載の光電子部品の製造方法。
  5. 【請求項5】 平面ホーニングする工程は、100N以
    上の加工圧でコア層を平面ホーニング加工した後に50
    N以下の加工圧で前記コア層をさらに平面ホーニング加
    工して所定の厚みに加工する請求項1記載の光電子部品
    の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013176135A1 (ja) * 2012-05-22 2013-11-28 日本電気株式会社 光路変換器、及びその製造方法

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