JP3096183B2 - Method for manufacturing optical waveguide substrate - Google Patents

Method for manufacturing optical waveguide substrate

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JP3096183B2
JP3096183B2 JP05024233A JP2423393A JP3096183B2 JP 3096183 B2 JP3096183 B2 JP 3096183B2 JP 05024233 A JP05024233 A JP 05024233A JP 2423393 A JP2423393 A JP 2423393A JP 3096183 B2 JP3096183 B2 JP 3096183B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ニオブ酸リチウム等の
電気光学結晶からなる基板に、いわゆるプロトン交換法
によって光導波路を形成するための方法に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming an optical waveguide on a substrate made of an electro-optic crystal such as lithium niobate by a so-called proton exchange method.

【0002】[0002]

【従来の技術】ニオブ酸リチウム(LiNbO3) 単結晶が、
オプトエレクトロニクス材料として期待されている。ニ
オブ酸リチウム単結晶からなる基板材料に光導波路を形
成する方法としては、現在、チタン拡散法とプロトン交
換法とが実用的である。
2. Description of the Related Art A single crystal of lithium niobate (LiNbO 3 )
It is expected as an optoelectronic material. As a method for forming an optical waveguide on a substrate material made of lithium niobate single crystal, a titanium diffusion method and a proton exchange method are currently practical.

【0003】こうしたプロトン交換法の代表例では、安
息香酸(C6H5COOH) の溶融液に上記基板材料を入れるこ
とで、H+ とLi + とのイオン交換を起こさせ、この基
板表面にHx Li1-xNb O3 からなる高屈折率層を形成
する。次いで、この基板を高温でアニールし、プロトン
の結晶内への拡散を促進する。こうして得た光導波路基
板は、各種の光部品への応用が期待されている。
In a typical example of such a proton exchange method, ion exchange between H + and Li + is caused by putting the above substrate material into a melt of benzoic acid (C 6 H 5 COOH), and the surface of the substrate is consisting Hx Li 1-x Nb O 3 to form a high refractive index layer. The substrate is then annealed at a high temperature to promote the diffusion of protons into the crystal. The optical waveguide substrate thus obtained is expected to be applied to various optical components.

【0004】ここで安息香酸の融点は 121℃であり、沸
点は大気圧で 250℃である。そして、具体的には、安息
香酸をガラス容器中で溶融させ、ニオブ酸リチウムから
なる基板材料を溶融液中に浸漬し、例えば 195℃程度で
プロトン交換する。この段階では、ステップ状の屈折率
分布を有する光導波路が形成される。次いで、基板をア
ニールし、プロトンの結晶内拡散を促進する。
Here, the melting point of benzoic acid is 121 ° C. and the boiling point is 250 ° C. at atmospheric pressure. Then, specifically, benzoic acid is melted in a glass container, and a substrate material made of lithium niobate is immersed in the melt, and proton exchange is performed at, for example, about 195 ° C. At this stage, an optical waveguide having a step-like refractive index distribution is formed. The substrate is then annealed to promote proton diffusion in the crystal.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のプロト
ン交換法の欠点として、プロトン交換源である安息香酸
の蒸発量が多く、光導波路を形成する際に工程の制御が
非常に難しい。特に重大な問題として、溶融液から基板
を引き上げたときに基板にクラックが発生していること
が多く、基板の歩留が低い。しかも、三次元光導波路を
形成した場合、光の挿入損失に相当バラツキがあり、一
定した品質の光導波路を安定して製造することができな
かった。
However, a disadvantage of the above-mentioned proton exchange method is that a large amount of benzoic acid, which is a proton exchange source, evaporates, and it is very difficult to control the process when forming an optical waveguide. As a particularly serious problem, cracks often occur in the substrate when the substrate is pulled up from the melt, and the yield of the substrate is low. In addition, when a three-dimensional optical waveguide is formed, there is considerable variation in light insertion loss, and it has not been possible to stably produce an optical waveguide having a constant quality.

【0006】本発明の課題は、プロトン交換工程におい
て基板材料にクラックが発生するのを防止して基板の歩
留を向上させ、かつ一定した品質の光導波路を安定して
製造できるようにすることである。
An object of the present invention is to prevent the occurrence of cracks in the substrate material in the proton exchange step, thereby improving the yield of the substrate and stably producing an optical waveguide having a constant quality. It is.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、コンデンサー
を備えた密閉容器内で酸を加熱して液状とし、密閉容器
内に酸の加熱蒸気を還流させ、電気光学結晶からなる基
板材料を含む被処理材を保持具によって保持した状態で
密閉容器内に収容し、被処理材を酸に接触させないで保
持することによって加熱蒸気に被処理材をさらし、次い
で被処理材を液状の酸中に浸漬することによって基板材
料に光導波路を形成し、保持具が、液状の酸を流下させ
るための貫通孔が設けられた、被処理材を支持するため
の受け皿と、この受け皿を支持する枠とを備えているこ
とを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention includes a substrate material made of an electro-optic crystal by heating an acid to a liquid state in a closed vessel equipped with a condenser, refluxing the heated vapor of the acid in the closed vessel. The material to be treated is housed in a closed container while being held by the holder, and the material to be treated is exposed to heated steam by holding the material without contacting the acid, and then the material to be treated is immersed in a liquid acid. An optical waveguide is formed in the substrate material by immersion, the holder is provided with a through hole for flowing down the liquid acid, a tray for supporting the material to be processed, and a frame for supporting the tray. It is characterized by having.

【0008】[0008]

【作用】本発明者は、上記したような基板材料のクラッ
クと、挿入損失のバラツキや増大の原因について、製造
工程の全般に亘って詳しく検討した。この結果、基板材
料を安息香酸溶融液中に浸漬する段階で、これを溶融液
中に投入する方法に問題があると考えた。そして、基板
材料を溶融液中に浸漬するに先立って、溶融液の上に基
板材料を所定時間固定し、安息香酸の蒸気の中にこれを
曝してみた。すると、基板材料にクラックが発生しにく
くなり、かつ最終的に光導波路の挿入損失もほぼ一定し
てくることが判明した。
The present inventor has studied in detail the cracks in the substrate material as described above and the causes of the variation and increase in insertion loss throughout the manufacturing process. As a result, it was considered that there was a problem in the method of introducing the substrate material into the benzoic acid melt at the stage of immersing the substrate material in the melt. Prior to immersing the substrate material in the melt, the substrate material was fixed on the melt for a predetermined time and exposed to benzoic acid vapor. Then, it was found that cracks were less likely to occur in the substrate material, and finally, the insertion loss of the optical waveguide became almost constant.

【0009】こうした効果の得られる原因としては、お
そらく、安息香酸の蒸気中に基板材料を曝すことで基板
材料が加熱され、溶融液中に投入する際の熱衝撃が緩和
されるからであり、これによってクラックが防止され
る。しかも、熱衝撃によって基板材料の表面付近に格子
歪み等が生じ、この部分でプロトン交換が周囲にくらべ
て阻害されていたものと考えられる。
The reason why such an effect is obtained is probably that the substrate material is heated by exposing the substrate material to the vapor of benzoic acid, and the thermal shock when the substrate material is injected into the melt is reduced. This prevents cracks. In addition, it is considered that lattice distortion or the like occurs near the surface of the substrate material due to the thermal shock, and proton exchange is inhibited at this portion compared to the surroundings.

【0010】また、基板材料の表面が安息香酸の蒸気で
濡れることによって、表面の水滴などの悪影響がなくな
り、プロトン交換が表面で均一に生ずるものと考えられ
る。更に、基板表面に凝縮した安息香酸によって、徐々
にプロトン交換が進行し、これにより溶融液中へ投入し
たときに、急激な反応が防止されるものと考えられる。
Further, it is considered that the surface of the substrate material is wetted with the vapor of benzoic acid, thereby eliminating the adverse effects of water droplets on the surface, and the proton exchange occurs uniformly on the surface. Furthermore, it is considered that proton exchange gradually progresses due to benzoic acid condensed on the substrate surface, whereby a sharp reaction is prevented when the benzoic acid is injected into the melt.

【0011】密閉容器内で酸の加熱蒸気を還流(リフラ
ックス)させ、密閉容器内で加熱蒸気が常に循環するよ
うにしておくことが有効であり、かつ貫通孔が設けられ
た受け皿と枠とを備える保持具で被処理材を保持するこ
とで、液状の酸を効率的に流下させることが有効であ
る。以上、安息香酸の溶融液をプロトン交換源として用
いる場合について説明したが、他のプロトン交換源にお
いてもほぼ同様の作用効果が得られた。
It is effective to reflux (reflux) the heated steam of the acid in the closed vessel so that the heated steam is constantly circulated in the closed vessel. By holding the material to be processed with the holder having the above, it is effective to allow the liquid acid to flow down efficiently. As described above, the case where the melt of benzoic acid is used as the proton exchange source has been described, but substantially the same operation and effect can be obtained with other proton exchange sources.

【0012】[0012]

【実施例】まず、本発明の態様について更に述べる。加
熱された液状の酸には、室温で固体の酸の溶融液と、室
温で液体の酸の加熱物とが含まれる。室温で固体の酸と
しては、安息香酸を例示できる。室温で液体の酸として
は、リン酸、ピロリン酸、亜リン酸、ノナン酸を例示で
きる。
EXAMPLES First, the embodiments of the present invention will be further described. The heated liquid acid includes a melt of an acid that is solid at room temperature and a heated product of an acid that is liquid at room temperature. Benzoic acid can be exemplified as an acid that is solid at room temperature. Examples of the acid that is liquid at room temperature include phosphoric acid, pyrophosphoric acid, phosphorous acid, and nonanoic acid.

【0013】本発明においては、プロトン交換処理を行
う被処理材は、電気光学結晶からなる基板材料を含む。
この際、スラブ光導波路を形成する場合には、被処理材
として基板材料を酸中に浸漬する。三次元光導波路を形
成する場合には、基板材料の表面に、光導波路パターン
に沿った開口を有するマスキング層を設け、これを被処
理材とする。
In the present invention, the material to be subjected to the proton exchange treatment includes a substrate material made of an electro-optic crystal.
At this time, when forming a slab optical waveguide, a substrate material as a material to be processed is immersed in an acid. When forming a three-dimensional optical waveguide, a masking layer having an opening along the optical waveguide pattern is provided on the surface of the substrate material, and this is used as a material to be processed.

【0014】酸の加熱蒸気中に被処理材を固定する時間
は、被処理材の熱容量や酸の加熱温度によって異なる。
The time for fixing the material to be treated in the heating steam of the acid depends on the heat capacity of the material to be treated and the heating temperature of the acid.

【0015】被処理材の形態は種々変更できる。一つの
方法としては、平面的にみて略長方形状のチップ状の基
板材料を、本発明に従って処理できる。また、ウエハー
形状の基板材料を、本発明に従って処理することができ
る。いずれも、スラブ光導波路を形成する場合には、各
基板材料を酸中に浸漬する。
The form of the material to be processed can be variously changed. In one method, a substantially rectangular chip-shaped substrate material in plan view can be treated according to the present invention. Also, wafer-shaped substrate material can be processed according to the present invention. In any case, when forming a slab optical waveguide, each substrate material is immersed in an acid.

【0016】上記したウエハー形状の基板材料に三次元
光導波路を形成する場合には、次のようにする。まず、
基板材料の表面にマスキング層を設け、マスキング層の
表面にフォトレジスト層を設け、光導波路に対応する平
面的パターンの開口をフォトレジスト層に設ける。この
際には、例えばマッハツエンダー型や直線状のパターン
を多数形成する。
In the case where a three-dimensional optical waveguide is formed on the above-mentioned wafer-shaped substrate material, the following is performed. First,
A masking layer is provided on the surface of the substrate material, a photoresist layer is provided on the surface of the masking layer, and a planar pattern opening corresponding to the optical waveguide is provided in the photoresist layer. At this time, for example, a large number of Mach-Zehnder or linear patterns are formed.

【0017】次いで、マスキング層をエッチングし、フ
ォトレジスト層を除去して、被処理材を得る。次いで、
基板材料の露出部分を酸に接触させることで、基板材料
に三次元光導波路を形成する。こうして得たウエハーか
ら、多数のチップ状の光導波路基板を切り出す。
Next, the masking layer is etched and the photoresist layer is removed to obtain a material to be processed. Then
By contacting the exposed portion of the substrate material with an acid, a three-dimensional optical waveguide is formed in the substrate material. From the wafer thus obtained, a number of chip-shaped optical waveguide substrates are cut out.

【0018】上記したチップ状の基板材料に三次元光導
波路を形成する場合も、まず基板材料の表面にマスキン
グ層を設け、マスキング層の表面にフォトレジスト層を
設け、例えば略Y字状、略I字状などのパターンの開口
をフォトレジスト層に設ける。この後は、ほぼ上記のよ
うに処理する。
When a three-dimensional optical waveguide is formed on the above-mentioned chip-shaped substrate material, a masking layer is first provided on the surface of the substrate material, and a photoresist layer is provided on the surface of the masking layer. An opening having a pattern such as an I-shape is provided in the photoresist layer. Thereafter, the processing is performed substantially as described above.

【0019】以下、更に具体的な実験結果について述べ
る。 (実験1)X面カットした厚さ1mmの、ニオブ酸リチウ
ム単結晶からなるウエハー状の基板材料に、抵抗加熱及
び真空蒸着によってアルミニウム膜を形成した。アルミ
ニウム膜の表面にフォトレジスト層を設け、露光によっ
てフォトレジスト層に開口を設け、アルミニウム膜をエ
ッチングし、フォトレジスト層を除去した。この状態
で、基板材料の表面には、多数の直線状導波路のパター
ンがアルミニウム膜によって形成されている。
Hereinafter, more specific experimental results will be described. (Experiment 1) An aluminum film was formed on a wafer-like substrate material made of lithium niobate single crystal having a thickness of 1 mm, which was cut on the X-plane, by resistance heating and vacuum evaporation. A photoresist layer was provided on the surface of the aluminum film, an opening was formed in the photoresist layer by exposure, the aluminum film was etched, and the photoresist layer was removed. In this state, a large number of linear waveguide patterns are formed on the surface of the substrate material by the aluminum film.

【0020】こうして得た被処理材を用い、図1に模式
的に示す装置を用いてプロトン交換を行った。丸底のガ
ラス製容器10を反応容器として用いた。本例では、ガ
ラス製容器10の寸法を、直径120mm、高さ130mm
の丸底形状とした。ガラス製容器10の上にガラス製の
蓋8をかぶせ、容器10の内側を密閉した。蓋8には、
筒状の突起8a、8b、8cが設けられる。突起8bに
はコンデンサー9が取り付けられ、突起8cの開口は、
シリコン栓で密封されている。
Using the material to be treated thus obtained, proton exchange was carried out using an apparatus schematically shown in FIG. A round bottom glass container 10 was used as a reaction container. In this example, the dimensions of the glass container 10 are set to a diameter of 120 mm and a height of 130 mm.
Round bottom shape. A glass lid 8 was placed over the glass container 10 to seal the inside of the container 10. On the lid 8,
Cylindrical projections 8a, 8b, 8c are provided. The condenser 9 is attached to the projection 8b, and the opening of the projection 8c is
Sealed with silicone stopper.

【0021】テフロン等の耐蝕性材料からなるシャフト
7が、突起8aの開口を通して容器10内に挿入され、
シャフト7の上端がモーター6の回転軸に連結されてい
る。シャフト7と突起8aの開口との間は、テフロン等
からなるシール部材によってシールされている。
A shaft 7 made of a corrosion-resistant material such as Teflon is inserted into the container 10 through the opening of the projection 8a.
The upper end of the shaft 7 is connected to the rotation shaft of the motor 6. The space between the shaft 7 and the opening of the projection 8a is sealed by a sealing member made of Teflon or the like.

【0022】容器13中に油14が収容され、加熱装置
15の投げ込みヒーター15aが油14中に投入されて
いる。容器10の下部が油14中に浸漬されている。
Oil 14 is contained in a container 13, and a throw-in heater 15 a of a heating device 15 is charged into the oil 14. The lower part of the container 10 is immersed in the oil 14.

【0023】シャフト7の下端には枠24が取り付けら
れ、枠24の下端に受け皿20が取り付けられている。
図2(a)はこの受け皿20を示す平面図であり、図2
(b)は受け皿20の正面図である。
A frame 24 is attached to a lower end of the shaft 7, and a tray 20 is attached to a lower end of the frame 24.
FIG. 2A is a plan view showing the receiving tray 20, and FIG.
(B) is a front view of the tray 20.

【0024】受け皿20の平面的輪郭は略円形であり、
円形の底面20aを囲むように、円弧状の側壁20bが
設けられている。本例では、4箇所に切り欠き22が形
成されており、切り欠き22は底面20aよりも深くな
っている。底面20aに所定個数の円形貫通孔23が設
けられている。本例では、底面20aの寸法を、例えば
直径100mmとし、円形貫通孔23の直径を4mmとし、
底面20aに被処理材21を載せた。ただし、図2
(a)においては、被処理材21を図示省略した。
The planar outline of the tray 20 is substantially circular,
An arc-shaped side wall 20b is provided so as to surround the circular bottom surface 20a. In this example, four notches 22 are formed, and the notches 22 are deeper than the bottom surface 20a. A predetermined number of circular through holes 23 are provided in the bottom surface 20a. In this example, the size of the bottom surface 20a is, for example, 100 mm in diameter, and the diameter of the circular through hole 23 is 4 mm,
The workpiece 21 was placed on the bottom surface 20a. However, FIG.
In (a), the workpiece 21 is not shown.

【0025】図3の断面図に示すように、シャフト7の
下端には、枠24の平板状の基部24aが固定され、基
部24aの両端に、平板状の腕部24bがそれぞれ設け
られている。相対向する一対の腕部24bに、受け皿2
0が挟まれ、ボルト等によって固定されている。
As shown in the sectional view of FIG. 3, a flat base 24a of a frame 24 is fixed to the lower end of the shaft 7, and flat arms 24b are provided at both ends of the base 24a. . A pair of saucer 2 is provided on a pair of opposite arm portions 24b.
0 is sandwiched and fixed by bolts or the like.

【0026】プロトン交換を行う際には、本実施例で
は、安息香酸750gを容器10内に投入し、油14の
温度を195℃まで上昇させ、安息香酸を完全に溶融さ
せる。この溶融液18内で受け皿20、枠24を回転さ
せながら約2時間放置し、溶融液18の温度を均一化す
る。この間、容器10の全体を保温し、コンデンサー9
内で矢印Bのように冷却水を循環させ、安息香酸が定常
的に還流(リフラックス)するようにする。こうした装
置であれば、安息香酸の蒸発による液量の減少はほとん
どなく、常圧で長時間、プロトン交換工程を実施するこ
とができる。
In performing the proton exchange, in this embodiment, 750 g of benzoic acid is charged into the vessel 10, the temperature of the oil 14 is raised to 195 ° C., and the benzoic acid is completely melted. The tray 20 and the frame 24 are left rotating for about 2 hours in the melt 18 to make the temperature of the melt 18 uniform. During this time, the entire container 10 is kept warm and the condenser 9
Inside, cooling water is circulated as indicated by arrow B so that benzoic acid is constantly refluxed. With such an apparatus, there is almost no decrease in the amount of liquid due to evaporation of benzoic acid, and the proton exchange step can be performed at normal pressure for a long time.

【0027】前記したようにフォトレジスト層を除去し
た後の被処理材21を、アセトン、イソプロピルアルコ
ール、純水で超音波洗浄する。シャフト7を上昇させ、
受け皿20が蓋8の内側に位置するようにする。容器1
0と蓋8との間にテフロン製の仕切り板を挟み、容器1
0と蓋8との内側空間を分離する。蓋8を持ち上げ、受
け皿20の上に被処理材21を乗せる。このとき、容器
10には、テフロン製の仕切り板によって蓋がされてい
るので、安息香酸の蒸気は密閉されたままである。そし
て、蓋8を閉め、テフロン製の仕切り板を引き抜き、受
け皿20を安息香酸の蒸気に触れさせる。
The workpiece 21 from which the photoresist layer has been removed as described above is ultrasonically cleaned with acetone, isopropyl alcohol and pure water. Raise the shaft 7,
The tray 20 is positioned inside the lid 8. Container 1
A container made of Teflon is sandwiched between the cover
Separate the inner space between 0 and the lid 8. The lid 8 is lifted, and the workpiece 21 is placed on the tray 20. At this time, since the container 10 is covered with a partition plate made of Teflon, the vapor of benzoic acid remains sealed. Then, the lid 8 is closed, the Teflon partition plate is pulled out, and the tray 20 is exposed to the vapor of benzoic acid.

【0028】このときには、図3に示すように、安息香
酸の蒸気は容器10内で矢印Cのように還流している。そ
して、被処理材21を受け皿20に載せた直後には、安息香
酸蒸気が被処理材21の表面で冷えて固化し、アルミニウ
ム膜の表面が白くなった。しかし、やがて安息香酸蒸気
で被処理材21が徐々に加熱され、表面で固化した安息香
酸の膜が溶けた。この状態で、被処理材の温度は、安息
香酸の融点 (121 ℃)以上になっているものと考えられ
る。本実施例においては、このように安息香酸の膜が完
全に溶解するまで、予熱を行った。そして、シャフト7
をゆっくりと下降させ、受け皿20を溶融液18中に浸漬す
る。
At this time, as shown in FIG. 3, the vapor of benzoic acid is refluxed in the container 10 as shown by the arrow C. Immediately after the target material 21 was placed on the tray 20, the benzoic acid vapor cooled and solidified on the surface of the target material 21, and the surface of the aluminum film became white. However, the material to be treated 21 was gradually heated by the benzoic acid vapor, and the benzoic acid film solidified on the surface was melted. In this state, it is considered that the temperature of the material to be treated is higher than the melting point of benzoic acid (121 ° C.). In this example, preheating was performed until the benzoic acid film was completely dissolved. And shaft 7
Is slowly lowered, and the tray 20 is immersed in the melt 18.

【0029】一方、比較例では、被処理材21を受け皿20
に載せた後、すぐに受け皿20を下降させ、被処理材21を
溶融液18中に浸漬した。
On the other hand, in the comparative example, the workpiece 21 is
Immediately after placing on the tray, the tray 20 was lowered and the material to be treated 21 was immersed in the melt 18.

【0030】次いで、195℃で20分間プロトン交換
を行う。このとき、シャフト7(受け皿20)は回転さ
せる。プロトン交換が終了した後、シャフト7を上昇さ
せ、受け皿20を溶融液18から取り出し、空間19に
位置させる。このとき、受け皿20に残った溶融液は、
円形貫通孔23から流れ落ちる。
Next, proton exchange is performed at 195 ° C. for 20 minutes. At this time, the shaft 7 (the tray 20) is rotated. After the proton exchange is completed, the shaft 7 is raised, the tray 20 is taken out of the melt 18, and is placed in the space 19. At this time, the melt remaining in the pan 20
It flows down from the circular through hole 23.

【0031】そして、シャフト7を矢印Aのように回転
させ、被処理材21の表面に付着した溶融液を、遠心力
によって側壁20bの方へと飛散させ、除去した。
Then, the shaft 7 was rotated as shown by the arrow A, and the melt adhered to the surface of the material 21 was scattered toward the side wall 20b by centrifugal force and removed.

【0032】そして、前記したのと全く逆の手順に従
い、テフロン製の仕切り板を用いて、容器10内からウ
エハーを取り出す。このウエハーを、エタノール、アセ
トン、イソプロピルアルコール、純水で超音波洗浄す
る。次いで通常のエッチング技術によりアルミニウム膜
を除去する。
Then, the wafer is taken out of the container 10 using a Teflon partition plate according to a procedure completely opposite to that described above. The wafer is ultrasonically cleaned with ethanol, acetone, isopropyl alcohol, and pure water. Next, the aluminum film is removed by a normal etching technique.

【0033】次いで、H+ の単結晶内での拡散を促進
し、低損失の安定な光導波路を得るため、このウエハー
をアニールした。具体的には、ガラス製シャーレの中央
部に白金ワイヤー製の治具を設置し、この治具の上にウ
エハーを載せ、基板がガラスに触れないようにし、ガラ
ス製の蓋をする。このシャーレを電気炉内に入れ、室温
から340℃まで10℃/分で昇温し、340℃で7時
間保持した。次いで自然放冷して100℃以下とし、ウ
エハーを取り出した。
Next, the wafer was annealed to promote the diffusion of H + in the single crystal and obtain a stable optical waveguide with low loss. Specifically, a jig made of platinum wire is placed at the center of a glass petri dish, a wafer is placed on the jig, the substrate is prevented from touching the glass, and a glass lid is placed. This petri dish was placed in an electric furnace, heated from room temperature to 340 ° C. at a rate of 10 ° C./min, and kept at 340 ° C. for 7 hours. Then, the wafer was naturally cooled to 100 ° C. or lower, and the wafer was taken out.

【0034】340℃で温度を保持した間は、電気炉内
の温度分布は、シャーレを収容した空間の範囲内では均
一であることを、電気炉内の各所に取り付けた熱電対で
確認した。また、340℃で温度を保持した間の温度変
動は±0.5 ℃となるように制御した。
While the temperature was maintained at 340 ° C., it was confirmed with a thermocouple attached to each place in the electric furnace that the temperature distribution in the electric furnace was uniform within the space in which the petri dish was accommodated. Further, the temperature was controlled so that the temperature fluctuation during the temperature holding at 340 ° C. was ± 0.5 ° C.

【0035】アニール後の3インチウエハーを切断し、
ウエハー1枚当り10個の、チップ状の光導波路基板を切
り出した。この表面には、直線状の光導波路が形成され
ている。次いで光導波路の端面を高速ラップ、メカノケ
ミカルポリッシングによって、光学研磨する。次いで、
端面を光学研磨した光導波路基板を通常の光学系にセッ
トし、挿入損失を評価した。また、ウエハーについて、
クラックの発生の有無を確認した。
The annealed 3-inch wafer is cut,
Ten chip-shaped optical waveguide substrates were cut out per wafer. On this surface, a linear optical waveguide is formed. Next, the end face of the optical waveguide is optically polished by high-speed lapping and mechanochemical polishing. Then
The optical waveguide substrate whose end face was optically polished was set in a normal optical system, and the insertion loss was evaluated. Also, about the wafer,
The presence or absence of cracks was checked.

【0036】本発明の実施例、比較例について、それぞ
れ5枚のウエハーを製造し、上記の実験を行った。この
結果、本発明の実施例においては、5枚のウエハーすべ
てにおいて、クラックが発生していなかった。そして、
これらのウエハーから計50個の光導波路基板を切り出し
たところ、挿入損失の分布は、表1に示すようであっ
た。
For the example of the present invention and the comparative example, five wafers were manufactured, and the above-described experiment was performed. As a result, in the example of the present invention, no crack occurred in all five wafers. And
When a total of 50 optical waveguide substrates were cut out from these wafers, the distribution of insertion loss was as shown in Table 1.

【0037】[0037]

【表1】 [Table 1]

【0038】これに対し、比較例のウエハーにおいて
は、いずれもクラックが発生していたため、光導波路基
板の挿入損失を測定することができなかった。
On the other hand, cracks occurred in all of the wafers of the comparative examples, so that the insertion loss of the optical waveguide substrate could not be measured.

【0039】(実験2)被処理材21として、10mm×35mm
の寸法の略長方形状のチップ状の基板材料を用い、この
表面に直線状のパターンを設けた。他は全く実験1と同
様にして、チップ状の光導波路基板を製造した。この
際、本発明の実施例及び比較例のそれぞれについて、6
個毎の試料を作成し、クラックの有無及び挿入損失を測
定した。本発明の実施例の結果を表2に示し、比較例の
結果を表3に示す。
(Experiment 2) 10 mm × 35 mm
A substantially rectangular chip-shaped substrate material having the following dimensions was used, and a linear pattern was provided on the surface thereof. Other than that, a chip-shaped optical waveguide substrate was manufactured in the same manner as in Experiment 1. At this time, for each of the example of the present invention and the comparative example, 6
Each sample was prepared, and the presence or absence of cracks and the insertion loss were measured. Table 2 shows the results of Examples of the present invention, and Table 3 shows the results of Comparative Examples.

【0040】[0040]

【表2】 [Table 2]

【0041】[0041]

【表3】 [Table 3]

【0042】以上の結果から解るように、被処理材21を
空間19で蒸気に曝した本発明の実施例では、クラックが
発生せず、挿入損失も 4.0〜4.6 dBの範囲である。ま
た、本発明の実施例では、2mWの出射光パワーにおいて
も、光学損傷が発生しなかった。
As can be seen from the above results, in the embodiment of the present invention in which the workpiece 21 is exposed to the vapor in the space 19, no crack occurs and the insertion loss is in the range of 4.0 to 4.6 dB. Further, in the example of the present invention, no optical damage occurred even with the output light power of 2 mW.

【0043】これに対し、比較例では、3個の試料でク
ラックが発生した。また、クラックが発生しなかった試
料番号8,9,12においても、損入損失に大きなバラツ
キがあった。
On the other hand, in the comparative example, cracks occurred in three samples. Also, in sample numbers 8, 9, and 12 in which no crack occurred, there was a large variation in the insertion loss.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、基
板材料をプロトン交換処理するのに際し、基板材料にク
ラックが発生しにくくなり、かつ最終的に光導波路の挿
入損失もほぼ一定となり、品質の安定した光導波路を安
定して製造できる。
As described above, according to the present invention, when the substrate material is subjected to the proton exchange treatment, cracks are less likely to occur in the substrate material, and finally, the insertion loss of the optical waveguide becomes almost constant. An optical waveguide having stable quality can be manufactured stably.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】プロトン交換用の装置を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an apparatus for proton exchange.

【図2】(a) は受け皿20を示す平面図であり、(b) は受
け皿20を示す正面図である。
2 (a) is a plan view showing the tray 20, and FIG. 2 (b) is a front view showing the tray 20.

【図3】受け皿20内の被処理材21を安息香酸の蒸気に曝
している状態を概略的に示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a state in which a material to be treated 21 in a receiving tray 20 is exposed to benzoic acid vapor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 容器 18 安息香酸の溶融液 20 受け皿 21 被処理材 23 円形貫通孔 A シャフトの回転方向 C 安息香酸の蒸気 10 Container 18 Melt of benzoic acid 20 Receiving tray 21 Material to be processed 23 Circular through hole A Rotating direction of shaft C Vapor of benzoic acid

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 コンデンサーを備えた密閉容器内で酸を
加熱して液状とし、前記密閉容器内に前記酸の加熱蒸気
を還流させ、電気光学結晶からなる基板材料を含む被処
理材を保持具によって保持した状態で前記密閉容器内に
収容し、前記被処理材を前記酸に接触させないで保持す
ることによって前記加熱蒸気に前記被処理材をさらし、
次いで前記被処理材を液状の前記酸中に浸漬することに
よって前記基板材料に光導波路を形成し、前記保持具
が、液状の前記酸を流下させるための貫通孔が設けられ
た、前記被処理材を支持するための受け皿と、この受け
皿を支持する枠とを備えていることを特徴とする、光導
波路基板の製造方法。
An acid is heated to a liquid state in a closed vessel provided with a condenser, and the heated vapor of the acid is refluxed in the closed vessel to hold a material to be processed including a substrate material made of an electro-optic crystal. Housed in the closed container in a state of being held by, exposing the material to be heated to the heated steam by holding the material to be processed without contacting the acid,
Next, an optical waveguide is formed in the substrate material by immersing the material to be treated in the liquid acid, and the holder is provided with a through hole for allowing the liquid acid to flow down. A method for manufacturing an optical waveguide substrate, comprising: a tray for supporting a material; and a frame for supporting the tray.
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