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JP3607129B2 - Spot size conversion optical waveguide manufacturing method - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は光導波路の接続部におけるスポットサイズ変換光導波路の製法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光デバイスに接続された光導波路等と光ファイバーとの結合において問題となるのが、それぞれのスポットサイズである。通常、シングルモードファイバーのモードフィールド径は8〜10μmである。これに対し、光デバイスのチップサイズを小さくするためには、コア層とクラッド層との屈折率差が大きな光導波路が使われるのであるが、シングルモード高屈折率差の光導波路のスポットサイズは概ね4μm以下である。よって、光導波路と光ファイバーとの低損失な接続を行なうには、スポットサイズの変換が必要である。よって、光ファイバー側若しくは光導波路側にスポットサイズを変換する構造が求められる。
【0003】
そこで、光ファイバーの先端を加工することにより光ファイバーのコアの径を細くしたり、光球ファイバーのようなレンズ構造を持たせることで、光のスポットサイズを変えることも可能である。しかし、光ファイバー1つ1つを個別に加工しなければならない。また、外部でスポットサイズを変換していることから、レンズのわずかな軸ずれによって光が大きくはずれてしまい、作製トレランスが悪くなってしまう。したがって、光導波路側にスポットサイズ変換構造をもたせることが望ましい。
【0004】
光導波路側にスポットサイズ変換構造をもたせる場合、基板(光導波路基板)と平行な方向の加工は半導体のフォトリソグラフの技術を使うことで簡単に作製することができるが、基板に垂直な方向の加工は容易ではない。そして、基板に垂直方向にスポットサイズを変換する従来のスポットサイズ変換光導波路の製法としては次のようなものが知られている。
【0005】
図5は従来のスポットサイズ変換光導波路の製法の説明図である。図に示すように、まず基板21上に電子線を照射すると屈折率が増加する材質からなる屈折率変化材22を形成する。つぎに、屈折率変化材22に電子線を矢印の方向に掃引することにより、帯状の高屈折率領域からなる光導波路のコア層23を形成する。
【0006】
図5により説明した製法により作製されたスポットサイズ変換光導波路においては、コア層23の屈折率の変化は電子線の照射量に依存しており、図6に示すように、電子線の照射量が十分であれば、コア層23とクラッド層との屈折率差が大きいことから、光はコア層23に強く閉じ込められ、スポットサイズは小さいのに対し、電子線の照射量が少ないときには、コア層23とクラッド層との屈折率差が小さいことから、コア層23の閉じ込めが弱く、スポットサイズは大きくなる。この性質を利用して、スポットサイズ変換部では電子線の照射量を掃引方向に徐々に減少させることにより、コア層23とクラッド層との屈折率差を小さくし、光の閉じ込めを弱めることで、スポットサイズの径を広げることができる。
【0007】
図7は従来の他のスポットサイズ変換光導波路の製法の説明図で、(a)は正面図、(b)は底面図である。図に示すように、コア層31となるコア材料の間にエッチングストップ層32を形成したのち、コア材料をエッチングすることにより、多層のコア層31を形成してテーパー構造を持たせる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図5により説明したスポットサイズ変換光導波路の製法においては、電子線の照射量の細かな制御が必要であり、また光導波路それぞれに対してビーム照射を行なわなければならないから、スループットが悪いという問題がある。
【0009】
また、図7により説明したスポットサイズ変換光導波路の製法においては、コア層31を多層化するためには、作製工程が多く、複雑になってしまい、プロセス上の負担になってしまうという問題がある。
【0010】
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、簡単なプロセスで高い結合効率を持ったスポットサイズ変換光導波路を形成することができるスポットサイズ変換光導波路の製法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明においては、基板上に第1の下部クラッド層薄膜を形成する第1の工程と、上記第1の下部クラッド層薄膜を選択的にエッチングして光接続部近傍の上記第1の下部クラッド層薄膜を除去する第2の工程と、下部クラッド層薄膜材料を塗布する第3の工程と、上記下部クラッド層薄膜材料を熱硬化処理することにより平坦化率が低く上記基板に垂直な方向にテーパー構造を有する第2の下部クラッド層薄膜を形成する第4の工程と、平坦化率の高いコア層薄膜を形成する第5の工程と、上記コア層薄膜を選択的にエッチングして上記基板と平行な方向にテーパー構造を持つコア層を形成する第6の工程の6つの工程を少なくとも行なう。
【0013】
また、基板上に第1の下部クラッド層薄膜を形成する第1の工程と、上記第1の下部クラッド層薄膜を選択的にエッチングして光接続部近傍の上記第1の下部クラッド層薄膜を残す第2の工程と、下部クラッド層薄膜材料を塗布する第3の工程と、上記下部クラッド層薄膜材料を熱硬化処理することにより平坦化率が低く上記基板に垂直な方向にテーパー構造を有する第2の下部クラッド層薄膜を形成する第4の工程と、平坦化率の高いコア層薄膜を形成する第5の工程と、上記コア層薄膜を選択的にエッチングして上記基板と平行な方向にテーパー構造を持つコア層を形成する第6の工程の6つの工程を少なくとも行なう。
【0014】
これらの場合、上記コア層上に上部クラッド層を形成してもよい。
【0015】
これらの場合、上記第2の下部クラッド層薄膜の平坦化率を70%以下とし、上記コア層薄膜の平坦化率を90%以上としてもよい。
【0016】
これらの場合、上記第2の下部クラッド層薄膜の材料をフッ素化ポリイミドまたは感光性ベンゾシクロブテンとし、上記コア層薄膜の材料をベンゾシクロブテンまたはエポキシ系紫外線硬化樹脂とし、上記上部クラッド層の材料をフッ素化ベンゾシクロブテンまたはエポキシ系紫外線硬化樹脂としてもよい。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は本発明に係るスポットサイズ変換光導波路の製法の説明図である。まず、図1(a)に示すように、基板1上にスピンコーターによりフッ素化ポリイミド原液を塗布したのち、380℃、1時間の条件で熱硬化処理(キュア)を行なうことにより、フッ素化ポリイミドからなる厚さが10μmの第1の下部クラッド層薄膜2−1を形成する(第1の工程)。つぎに、図1(b)に示すように、下部クラッド層薄膜2−1上にレジスト3を塗布してフォトリゾグラフを行ない、反応性イオンエッチング(RIE)により下部クラッド層薄膜2−1を選択的にエッチングして光接続部近傍すわなち図1紙面左側の下部クラッド層薄膜2−1を除去する(溝を形成する)ことにより段差(階段状の構造)を形成する。すなわち、スポットサイズ変換部形成予定領域に段差を形成する(第2の工程)。つぎに、図1(c)に示すように、レジスト3を除去したのち、基板1、下部クラッド層薄膜2−1上にスピンコーターにより下部クラッド層薄膜材料であるフッ素化ポリイミド原液2−2aを再び塗布する(第3の工程)。つぎに、図1(d)に示すように、フッ素化ポリイミド原液2−2aを380℃、1時間の条件で熱硬化処理することにより、第2の下部クラッド層薄膜2−2を形成する。この場合、フッ素化ポリイミドは熱硬化処理における収縮比が大きいから、熱硬化処理の際に下部クラッド層薄膜2−2の平坦化率が低くなり、下部クラッド層薄膜2−2に基板1に垂直な方向すなわち基板1の表面に垂直な方向にテーパー構造(スロープ構造)が形成される。このとき、テーパー長は再塗布のフッ素化ポリイミド原液2−2aの膜厚および粘度より調整することが可能であり、テーパー長を1mm以下にコントロールすることが可能である。また、厚さが10μmの下部クラッド層薄膜2−2を形成することで、長さ100μm、高低差が8μmの基板1に垂直な方向のテーパー構造が得られ、このときの下部クラッド層薄膜2−2の平坦化率(図2において、{1−(a/b)}×100(%))は20%(a=8μm、b=10μm)である(第4の工程)。つぎに、図1(e)に示すように、このテーパー構造を持った下部クラッド層薄膜2−1と下部クラッド層薄膜2−2とで構成される下部クラッド層2の上にスピンコーターによりベンゾシクロブテンを塗布したのち、210℃、30分の条件で熱硬化処理を行ない、平坦化率の高い材料であるベンゾシクロブテンからなる図1紙面右側の平坦部の厚さが2μmのコア層薄膜4aを形成する(第5の工程)。この場合、ベンゾシクロブテンは熱硬化処理の際にリフローを起こし、平坦化率の高いコア層薄膜4aが形成され、コア層薄膜4aの平坦化率は96%である。つぎに、図1(f)に示すように、コア層薄膜4a上にレジスト5を塗布し、フォトリソグラフを用いてレジスト5を基板1と平行な方向すなわち基板1の表面と平行な方向のテーパー構造にパターニングしたのち、図1(g)に示すように、反応性イオンエッチングによりコア層薄膜4aを選択的にエッチングしてスポットサイズ変換部に基板1と平行な方向にテーパー構造を持つコア層4を形成する(第6の工程)。つぎに、図1(h)に示すように、レジスト5を除去したのち、コア層4上にフッ素化ベンゾシクロブテンからなる上部クラッド層6を形成して、埋め込み型光導波路を作製する。
【0018】
図1によって説明したスポットサイズ変換光導波路の製法においては、初めにテーパー構造の基礎となる段差を作製し、その上に段差を反映するようなテーパー構造を有する下部クラッド層薄膜2−2を形成し、つぎに下部クラッド層2の構造に依存しない平坦化率の高いコア層4を形成する。これにより、通常の光導波路作製に1つの工程を追加するだけでスポットサイズ変換構造を持たせることができ、基板1に垂直な方向のテーパー構造を従来のスポットサイズ変換光導波路の製法に比べて簡単なプロセスによって形成することができるから、作製が容易でかつ量産の可能なスポットサイズ変換光導波路の製法が実現でき、しかも高い結合効率を持ったスポットサイズ変換光導波路を形成することができる。また、平坦化率の高い材料であるフッ素化ベンゾシクロブテンからなる上部クラッド層6を形成しており、上部クラッド層6の平坦化率は高いから、光配線の多層化を図ることができる。また、上部クラッド層6の材料のフッ素化ベンゾシクロブテンは波長1.5μmの光に対して屈折率が1.481と小さく、コア層4の材料のベンゾシクロブテンの屈折率が1.543であることから、上部クラッド層6とコア層4とは高屈折率差(約4%)となり、この屈折率差を利用すれば、曲率半径600μm以下のパッシブ機能素子を持つ光導波路の作製が可能であるので、光デバイスや電子デバイスを形成した半導体基板上に適用する場合に特に有効である。また、下部クラッド層2がフッ素化ポリイミドからなり、コア層4はベンゾシクロブテンからなり、上部クラッド層6はフッ素化ベンゾシクロブテンからなるから、下部クラッド層2、コア層4および上部クラッド層6が有機薄膜で形成されるので、現在主流となっているガラス系光導波路に比べて高屈折率差の光導波路を作製することができるため、光デバイスの小型化、ひいては光デバイス、電子デバイス上へのオンチップ光配線を可能にすることができる。
【0019】
図3は本発明に係る他のスポットサイズ変換光導波路の製法の説明図である。まず、図3(a)に示すように、基板11上にスピンコーターによりフッ素化ポリイミド原液を塗布したのち、380℃、1時間の条件で熱硬化処理を行ない、フッ素化ポリイミドからなる厚さが10μmの第1の下部クラッド層薄膜12−1を形成する(第1の工程)。つぎに、図3(b)に示すように、下部クラッド層薄膜12−1上にレジスト13を塗布してフォトリソグラフを行ない、反応性イオンエッチングにより下部クラッド層薄膜12−1を選択的にエッチングして光接続部近傍すわなち図3紙面左側の下部クラッド層薄膜12−1を残す(突出部を形成する)ことにより高さ6μmの段差を形成する。すなわち、スポットサイズ変換部形成予定領域に段差を形成する(第2の工程)。つぎに、図3(c)に示すように、レジスト13を除去したのち、基板11、下部クラッド層薄膜12−1上にスピンコーターにより下部クラッド層薄膜材料であるフッ素化ポリイミド原液12−2aを再び塗布する(第3の工程)。つぎに、図3(d)に示すように、フッ素化ポリイミド原液12−2aを380℃、1時間の条件で熱硬化処理することにより、第2の下部クラッド層薄膜12−2を形成する。この場合、フッ素化ポリイミドは熱硬化処理における収縮比が大きいから、熱硬化処理の際に下部クラッド層薄膜12−2の平坦化率が低くなり、下部クラッド層薄膜12−2に基板11に垂直な方向にテーパー構造が形成される。このとき、テーパー長は再塗布のフッ素化ポリイミド原液12−2aの膜厚および粘度より調整することが可能であり、テーパー長を1mm以下にコントロールすることが可能である。また、厚さが10μmの下部クラッド層薄膜12−2を形成することで、長さ100μm、高低差が2μmの基板11に垂直な方向のテーパー構造が得られ、このときの下部クラッド層薄膜12−2の平坦化率(図4において、{1−(a/b)}×100(%))は67%(a=2μm、b=6μm)である(第4の工程)。つぎに、図3(e)に示すように、このテーパー構造を持った下部クラッド層薄膜12−1と下部クラッド層薄膜12−2とで構成される下部クラッド層12の上にスピンコーターによりベンゾシクロブテンを塗布したのち、210℃、30分の条件で熱硬化処理を行ない、平坦化率の高い材料であるベンゾシクロブテンからなる図3紙面右側の平坦部の厚さが約2μmのコア層薄膜14aを形成する(第5の工程)。この場合、ベンゾシクロブテンは熱硬化の際にリフローを起こし、平坦化率の高いコア層薄膜14aが形成され、コア層薄膜14aの平坦化率は96%である。つぎに、図3(f)に示すように、コア層薄膜14a上にレジスト15を塗布し、フォトリソグラフを用いてレジスト15を基板11と平行な方向のテーパー構造にパターニングをしたのち、図3(g)に示すように、反応性イオンエッチングによりコア層薄膜14aを選択的にエッチングしてスポットサイズ変換部に基板11と平行な方向にテーパー構造を持つコア層14を形成する(第6の工程)。つぎに、図3(h)に示すように、レジスト15を除去したのち、コア層14上にフッ素化ベンゾシクロブテンからなる上部クラッド層16を形成して、埋め込み型光導波路を作製する。
【0020】
図3によって説明したスポットサイズ変換光導波路の製法においては、基板11に垂直な方向のテーパー構造を従来のスポットサイズ変換光導波路の製法に比べて簡単なプロセスによって作製することができ、しかも高い結合効率を持ったスポットサイズ変換光導波路を形成することができる。
【0021】
なお、上述実施の形態においては、下部クラッド層薄膜2−2、12−2の平坦化率をそれぞれ20%、67%とし、コア層薄膜4a、14aの平坦化率を96%としたが、第2の下部クラッド層薄膜の平坦化率を70%以下とし、コア層薄膜の平坦化率を90%以上とすれば、基板に垂直な方向のテーパー構造を良好に形成することができ、また第2の下部クラッド層薄膜の平坦化率を50%以下とし、コア層薄膜の平坦化率を95%以上とするのが望ましい。また、上述実施の形態においては、フッ素化ポリイミドからなる下部クラッド層薄膜2−1、2−2、12−1、12−2を形成したが、感光性ベンゾシクロブテンなどからなる第1、第2の下部クラッド層薄膜を形成してもよい。また、上述実施の形態においては、ベンゾシクロブテンからなるコア層薄膜4a、14aを形成したが、エポキシ系紫外線硬化樹脂などからなるコア層薄膜を形成してもよい。そして、エポキシ系紫外線硬化樹脂からなるコア層薄膜を形成したときには、レジストを加工するのと同様の工程でコア層を直接加工することができるから、コア層を形成するためのエッチング工程を省くことができる。また、上述実施の形態においては、フッ素化ベンゾシクロブテンからなる上部クラッド層6、16を形成したが、エポキシ系紫外線硬化樹脂からなる上部クラッド層を形成してもよい。また、上述実施の形態で示した膜厚、温度、時間等のパラメータ値はあくまで一例であり、特許請求の範囲に記載の発明がこれのみに限定されるものではない。
【0022】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るスポットサイズ変換光導波路の製法においては、簡単なプロセスで高い結合効率を持ったスポットサイズ変換光導波路を形成することができる。
【0023】
また、コア層上に上部クラッド層を形成したときには、光配線の多層化を図ることができる。
【0024】
また、第2の下部クラッド層薄膜の平坦化率を70%以下とし、コア層薄膜の平坦化率を90%以上としたときには、基板に垂直な方向のテーパー構造を良好に形成することができる。
【0025】
また、第2の下部クラッド層薄膜の材料をフッ素化ポリイミドまたは感光性ベンゾシクロブテンとし、コア層の材料をベンゾシクロブテンまたはエポキシ系紫外線硬化樹脂とし、上部クラッド層の材料をフッ素化ベンゾシクロブテンまたはエポキシ系紫外線硬化樹脂としたときには、第2の下部クラッド層薄膜、コア層および上部クラッド層が有機薄膜で形成されるから、高屈折率差の光導波路を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るスポットサイズ変換光導波路の製法の説明図である。
【図2】図1により説明したスポットサイズ変換光導波路の製法の説明図である。
【図3】本発明に係る他のスポットサイズ変換光導波路の製法の説明図である。
【図4】図3により説明したスポットサイズ変換光導波路の製法の説明図である。
【図5】従来のスポットサイズ変換光導波路の製法の説明図である。
【図6】図5により説明したスポットサイズ変換光導波路の製法の説明図である。
【図7】従来の他のスポットサイズ変換光導波路の製法の説明図である。
【符号の説明】
1…基板
2−1…第1の下部クラッド層薄膜
2−2a…フッ素化ポリイミド原液
2−2…第2の下部クラッド層薄膜
4a…コア層薄膜
4…コア層
6…上部クラッド層
11…基板
12−1…第1の下部クラッド層薄膜
12−2a…フッ素化ポリイミド原液
12−2…第2の下部クラッド層薄膜
14a…コア層薄膜
14…コア層
16…上部クラッド層
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a spot size conversion optical waveguide at a connection portion of an optical waveguide.
[0002]
[Prior art]
The problem with the coupling between the optical waveguide connected to the optical device and the optical fiber is the spot size. Usually, the mode field diameter of the single mode fiber is 8 to 10 μm. On the other hand, in order to reduce the chip size of the optical device, an optical waveguide with a large refractive index difference between the core layer and the cladding layer is used. However, the spot size of an optical waveguide with a single mode high refractive index difference is It is approximately 4 μm or less. Therefore, in order to make a low-loss connection between the optical waveguide and the optical fiber, it is necessary to convert the spot size. Therefore, a structure for converting the spot size to the optical fiber side or the optical waveguide side is required.
[0003]
Therefore, it is possible to change the spot size of the light by processing the tip of the optical fiber to reduce the diameter of the core of the optical fiber or to have a lens structure like a photosphere fiber. However, each optical fiber must be processed individually. In addition, since the spot size is converted externally, the light is greatly deviated by a slight axial shift of the lens, and the manufacturing tolerance is deteriorated. Therefore, it is desirable to provide a spot size conversion structure on the optical waveguide side.
[0004]
When a spot size conversion structure is provided on the optical waveguide side, processing in a direction parallel to the substrate (optical waveguide substrate) can be easily produced by using a semiconductor photolithographic technique, but in a direction perpendicular to the substrate. Processing is not easy. As a conventional method for manufacturing a spot size conversion optical waveguide for converting the spot size in the direction perpendicular to the substrate, the following method is known.
[0005]
FIG. 5 is an explanatory diagram of a conventional method for manufacturing a spot size conversion optical waveguide. As shown in the figure, first, a refractive index changing material 22 made of a material whose refractive index increases when an electron beam is irradiated onto the substrate 21 is formed. Next, the core layer 23 of the optical waveguide composed of a belt-like high refractive index region is formed by sweeping an electron beam on the refractive index changing material 22 in the direction of the arrow.
[0006]
In the spot size conversion optical waveguide manufactured by the manufacturing method described with reference to FIG. 5, the change in the refractive index of the core layer 23 depends on the irradiation amount of the electron beam, and as shown in FIG. Is sufficient, the difference in refractive index between the core layer 23 and the clad layer is large, so that light is strongly confined in the core layer 23 and the spot size is small. Since the refractive index difference between the layer 23 and the cladding layer is small, the confinement of the core layer 23 is weak and the spot size is large. By utilizing this property, the spot size converter gradually reduces the electron beam dose in the sweep direction, thereby reducing the refractive index difference between the core layer 23 and the clad layer and weakening the light confinement. The diameter of the spot size can be expanded.
[0007]
FIGS. 7A and 7B are explanatory views of another conventional spot size conversion optical waveguide manufacturing method. FIG. 7A is a front view and FIG. 7B is a bottom view. As shown in the figure, after forming an etching stop layer 32 between core materials to be the core layer 31, the core material is etched to form a multi-layer core layer 31 to have a tapered structure.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method of manufacturing the spot size conversion optical waveguide described with reference to FIG. 5, it is necessary to finely control the amount of electron beam irradiation, and beam irradiation must be performed on each optical waveguide, so that the throughput is poor. There is a problem.
[0009]
In addition, in the method of manufacturing the spot size conversion optical waveguide described with reference to FIG. 7, in order to make the core layer 31 multi-layered, there are problems that the manufacturing process is complicated and complicated, resulting in a burden on the process. is there.
[0010]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a method for producing a spot size conversion optical waveguide capable of forming a spot size conversion optical waveguide having high coupling efficiency by a simple process. And
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, a first step of forming a first lower cladding layer thin film on a substrate, and an optical connection portion by selectively etching the first lower cladding layer thin film. The second step of removing the first lower clad layer thin film in the vicinity, the third step of applying the lower clad layer thin film material, and the thermal curing treatment of the lower clad layer thin film material can achieve a flattening rate. A fourth step of forming a second lower cladding layer thin film having a taper structure in a direction that is low and perpendicular to the substrate, a fifth step of forming a core layer thin film having a high planarization rate, and the core layer thin film At least six steps of a sixth step of selectively etching to form a core layer having a tapered structure in a direction parallel to the substrate are performed.
[0013]
A first step of forming a first lower clad layer thin film on the substrate; and selectively etching the first lower clad layer thin film to remove the first lower clad layer thin film in the vicinity of the optical connecting portion. The remaining second step, the third step of applying the lower clad layer thin film material, and the lower clad layer thin film material is heat-cured so that the flattening rate is low and the taper structure is formed in the direction perpendicular to the substrate. A fourth step of forming a second lower cladding layer thin film, a fifth step of forming a core layer thin film having a high planarization rate, and a direction parallel to the substrate by selectively etching the core layer thin film At least six steps of the sixth step of forming a core layer having a tapered structure are performed.
[0014]
In these cases, an upper clad layer may be formed on the core layer.
[0015]
In these cases, the planarization rate of the second lower cladding layer thin film may be 70% or less, and the planarization rate of the core layer thin film may be 90% or more.
[0016]
In these cases, the material of the second lower cladding layer thin film is fluorinated polyimide or photosensitive benzocyclobutene, the material of the core layer thin film is benzocyclobutene or an epoxy-based ultraviolet curable resin, and the material of the upper cladding layer is May be fluorinated benzocyclobutene or epoxy-based ultraviolet curable resin.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is an explanatory view of a method for producing a spot size conversion optical waveguide according to the present invention. First, as shown in FIG. 1 (a), a fluorinated polyimide stock solution is applied onto a substrate 1 by a spin coater, and then heat-cured (cured) at 380 ° C. for 1 hour, whereby a fluorinated polyimide is obtained. A first lower clad layer thin film 2-1 having a thickness of 10 μm is formed (first step). Next, as shown in FIG. 1B, a resist 3 is applied onto the lower clad layer thin film 2-1, photolithography is performed, and the lower clad layer thin film 2-1 is formed by reactive ion etching (RIE). A step (step-like structure) is formed by selectively etching to remove the lower cladding layer thin film 2-1 in the vicinity of the optical connecting portion, that is, the left side of FIG. 1 (form a groove). That is, a step is formed in the spot size conversion portion formation scheduled region (second step). Next, as shown in FIG. 1 (c), after removing the resist 3, a fluorinated polyimide stock solution 2-2a, which is a lower clad layer thin film material, is formed on the substrate 1 and the lower clad layer thin film 2-1 by a spin coater. Apply again (third step). Next, as shown in FIG.1 (d), the 2nd lower clad layer thin film 2-2 is formed by thermosetting the fluorinated polyimide stock solution 2-2a on conditions of 380 degreeC and 1 hour. In this case, since the fluorinated polyimide has a large shrinkage ratio in the thermosetting process, the flattening rate of the lower cladding layer thin film 2-2 is lowered during the thermosetting process, and the lower cladding layer thin film 2-2 is perpendicular to the substrate 1. A taper structure (slope structure) is formed in such a direction that is perpendicular to the surface of the substrate 1. At this time, the taper length can be adjusted from the film thickness and viscosity of the re-coated fluorinated polyimide stock solution 2-2a, and the taper length can be controlled to 1 mm or less. Further, by forming the lower clad layer thin film 2-2 having a thickness of 10 μm, a taper structure in a direction perpendicular to the substrate 1 having a length of 100 μm and a height difference of 8 μm can be obtained. At this time, the lower clad layer thin film 2 -2 ({1- (a / b)} × 100 (%) in FIG. 2) is 20% (a = 8 μm, b = 10 μm) (fourth step). Next, as shown in FIG. 1 (e), benzoate is formed on the lower clad layer 2 composed of the lower clad layer thin film 2-1 and the lower clad layer thin film 2-2 having the tapered structure by a spin coater. After applying cyclobutene, heat curing treatment is performed at 210 ° C. for 30 minutes, and the core layer thin film having a flat portion thickness of 2 μm on the right side of FIG. 1 is made of benzocyclobutene, which is a material with a high flattening rate. 4a is formed (fifth step). In this case, benzocyclobutene undergoes reflow during the thermosetting treatment, and the core layer thin film 4a having a high flattening rate is formed. The flattening rate of the core layer thin film 4a is 96%. Next, as shown in FIG. 1F, a resist 5 is applied on the core layer thin film 4a, and the resist 5 is tapered in a direction parallel to the substrate 1, that is, in a direction parallel to the surface of the substrate 1, using photolithography. After patterning into the structure, as shown in FIG. 1 (g), the core layer thin film 4a is selectively etched by reactive ion etching so that the spot size conversion portion has a taper structure in a direction parallel to the substrate 1 4 is formed (sixth step). Next, as shown in FIG. 1H, after the resist 5 is removed, an upper clad layer 6 made of fluorinated benzocyclobutene is formed on the core layer 4 to produce a buried optical waveguide.
[0018]
In the method of manufacturing the spot size conversion optical waveguide described with reference to FIG. 1, first, a step serving as a basis for a taper structure is formed, and a lower clad layer thin film 2-2 having a taper structure reflecting the step is formed thereon. Then, the core layer 4 having a high flattening rate that does not depend on the structure of the lower cladding layer 2 is formed. As a result, a spot size conversion structure can be provided only by adding one process to the production of a normal optical waveguide, and a tapered structure in a direction perpendicular to the substrate 1 is compared with a conventional method for manufacturing a spot size conversion optical waveguide. Since it can be formed by a simple process, a manufacturing method of a spot size conversion optical waveguide that can be easily manufactured and mass-produced can be realized, and a spot size conversion optical waveguide having high coupling efficiency can be formed. Further, the upper cladding layer 6 made of fluorinated benzocyclobutene, which is a material having a high flattening rate, is formed. Since the flattening rate of the upper clad layer 6 is high, the optical wiring can be multilayered. Further, the fluorinated benzocyclobutene of the material of the upper cladding layer 6 has a refractive index as small as 1.481 with respect to light having a wavelength of 1.5 μm, and the refractive index of the benzocyclobutene of the material of the core layer 4 is 1.543. Therefore, the upper clad layer 6 and the core layer 4 have a high refractive index difference (about 4%). By using this refractive index difference, it is possible to manufacture an optical waveguide having a passive functional element having a curvature radius of 600 μm or less. Therefore, it is particularly effective when applied to a semiconductor substrate on which an optical device or an electronic device is formed. Since the lower cladding layer 2 is made of fluorinated polyimide, the core layer 4 is made of benzocyclobutene, and the upper cladding layer 6 is made of fluorinated benzocyclobutene, the lower cladding layer 2, the core layer 4 and the upper cladding layer 6 are made. Is made of an organic thin film, so optical waveguides with a high refractive index difference can be fabricated compared to the currently mainstream glass-based optical waveguides. On-chip optical wiring can be made possible.
[0019]
FIG. 3 is an explanatory view of another method for manufacturing a spot size conversion optical waveguide according to the present invention. First, as shown in FIG. 3A, after applying a fluorinated polyimide stock solution on a substrate 11 by a spin coater, a thermosetting treatment is performed at 380 ° C. for 1 hour, and the thickness of the fluorinated polyimide is increased. A 10 μm first lower cladding layer thin film 12-1 is formed (first step). Next, as shown in FIG. 3B, a resist 13 is applied on the lower cladding layer thin film 12-1, photolithography is performed, and the lower cladding layer thin film 12-1 is selectively etched by reactive ion etching. Then, by leaving the lower cladding layer thin film 12-1 in the vicinity of the optical connecting portion, that is, the left side of FIG. 3 (forming a protruding portion), a step having a height of 6 μm is formed. That is, a step is formed in the spot size conversion portion formation scheduled region (second step). Next, as shown in FIG. 3 (c), after removing the resist 13, a fluorinated polyimide stock solution 12-2a, which is a lower clad layer thin film material, is applied onto the substrate 11 and the lower clad layer thin film 12-1 by a spin coater. Apply again (third step). Next, as shown in FIG.3 (d), the 2nd lower clad layer thin film 12-2 is formed by thermosetting the fluorinated polyimide stock solution 12-2a on condition of 380 degreeC and 1 hour. In this case, since the fluorinated polyimide has a large shrinkage ratio in the thermosetting process, the flattening rate of the lower cladding layer thin film 12-2 is lowered during the thermosetting process, and the lower cladding layer thin film 12-2 is perpendicular to the substrate 11. Tapered structures are formed in various directions. At this time, the taper length can be adjusted from the film thickness and viscosity of the re-coated fluorinated polyimide stock solution 12-2a, and the taper length can be controlled to 1 mm or less. Further, by forming the lower clad layer thin film 12-2 having a thickness of 10 μm, a taper structure in a direction perpendicular to the substrate 11 having a length of 100 μm and a height difference of 2 μm is obtained. −2 ({1− (a / b)} × 100 (%) in FIG. 4) is 67% (a = 2 μm, b = 6 μm) (fourth step). Next, as shown in FIG. 3 (e), benzoate is formed on the lower clad layer 12 composed of the lower clad layer thin film 12-1 and the lower clad layer thin film 12-2 having the tapered structure by a spin coater. After applying cyclobutene, heat curing treatment is performed at 210 ° C. for 30 minutes, and a core layer having a flat portion on the right side of FIG. 3 made of benzocyclobutene, which is a material having a high flattening rate, is about 2 μm. The thin film 14a is formed (fifth step). In this case, benzocyclobutene causes reflow during thermosetting, and the core layer thin film 14a having a high flattening rate is formed. The flattening rate of the core layer thin film 14a is 96%. Next, as shown in FIG. 3 (f), a resist 15 is applied on the core layer thin film 14a, and the resist 15 is patterned into a tapered structure in a direction parallel to the substrate 11 by using photolithography, and then FIG. As shown in (g), the core layer thin film 14a is selectively etched by reactive ion etching to form the core layer 14 having a taper structure in the direction parallel to the substrate 11 in the spot size conversion portion (sixth sixth). Process). Next, as shown in FIG. 3H, after the resist 15 is removed, an upper clad layer 16 made of fluorinated benzocyclobutene is formed on the core layer 14 to produce a buried optical waveguide.
[0020]
In the manufacturing method of the spot size conversion optical waveguide described with reference to FIG. 3, the taper structure in the direction perpendicular to the substrate 11 can be manufactured by a simple process compared to the conventional manufacturing method of the spot size conversion optical waveguide, and high coupling is achieved. An efficient spot size converting optical waveguide can be formed.
[0021]
In the above-described embodiment, the flattening rates of the lower cladding layer thin films 2-2 and 12-2 are 20% and 67%, respectively, and the flattening rates of the core layer thin films 4a and 14a are 96%. If the flattening rate of the second lower cladding layer thin film is 70% or less and the flattening rate of the core layer thin film is 90% or more, a taper structure in a direction perpendicular to the substrate can be formed satisfactorily. It is desirable that the flattening rate of the second lower cladding layer thin film is 50% or less and the flattening rate of the core layer thin film is 95% or more. In the above-described embodiment, the lower clad layer thin films 2-1, 2-2, 12-1, 12-2 made of fluorinated polyimide are formed. The first and second thin films made of photosensitive benzocyclobutene or the like are used. Two lower cladding layer thin films may be formed. In the above-described embodiment, the core layer thin films 4a and 14a made of benzocyclobutene are formed. However, a core layer thin film made of epoxy-based ultraviolet curable resin or the like may be formed. When a core layer thin film made of an epoxy-based ultraviolet curable resin is formed, the core layer can be directly processed in the same process as that for processing a resist, so that an etching process for forming the core layer is omitted. Can do. In the above-described embodiment, the upper cladding layers 6 and 16 made of fluorinated benzocyclobutene are formed. However, an upper cladding layer made of an epoxy-based ultraviolet curable resin may be formed. In addition, the parameter values such as the film thickness, temperature, and time described in the above embodiment are merely examples, and the invention described in the claims is not limited thereto.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, in the method for manufacturing a spot size conversion optical waveguide according to the present invention, a spot size conversion optical waveguide having high coupling efficiency can be formed by a simple process.
[0023]
Further, when the upper clad layer is formed on the core layer, the optical wiring can be multi-layered.
[0024]
Further, when the flattening rate of the second lower cladding layer thin film is 70% or less and the flattening rate of the core layer thin film is 90% or more, the taper structure in the direction perpendicular to the substrate can be satisfactorily formed. .
[0025]
In addition, the material of the second lower cladding layer thin film is fluorinated polyimide or photosensitive benzocyclobutene, the material of the core layer is benzocyclobutene or epoxy-based ultraviolet curable resin, and the material of the upper cladding layer is fluorinated benzocyclobutene. Alternatively, when the epoxy ultraviolet curable resin is used, the second lower clad layer thin film, the core layer, and the upper clad layer are formed of an organic thin film, so that an optical waveguide having a high refractive index difference can be produced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a method for producing a spot size conversion optical waveguide according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a method for manufacturing the spot size conversion optical waveguide described with reference to FIG. 1;
FIG. 3 is an explanatory diagram of another method for manufacturing a spot size conversion optical waveguide according to the present invention.
4 is an explanatory diagram of a method for manufacturing the spot size conversion optical waveguide described with reference to FIG. 3;
FIG. 5 is an explanatory diagram of a conventional method for producing a spot size conversion optical waveguide.
6 is an explanatory diagram of a method for manufacturing the spot size conversion optical waveguide described with reference to FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is an explanatory view of another conventional spot size conversion optical waveguide manufacturing method.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2-1 ... 1st lower clad layer thin film 2-2a ... Fluorinated polyimide stock solution 2-2 ... 2nd lower clad layer thin film 4a ... Core layer thin film 4 ... Core layer 6 ... Upper clad layer 11 ... Substrate 12-1 ... First lower clad layer thin film 12-2a ... Fluorinated polyimide stock solution 12-2 ... Second lower clad layer thin film 14a ... Core layer thin film 14 ... Core layer 16 ... Upper clad layer

Claims (5)

基板上に第1の下部クラッド層薄膜を形成する第1の工程と、上記第1の下部クラッド層薄膜を選択的にエッチングして光接続部近傍の上記第1の下部クラッド層薄膜を除去する第2の工程と、下部クラッド層薄膜材料を塗布する第3の工程と、上記下部クラッド層薄膜材料を熱硬化処理することにより平坦化率が低く上記基板に垂直な方向にテーパー構造を有する第2の下部クラッド層薄膜を形成する第4の工程と、平坦化率の高いコア層薄膜を形成する第5の工程と、上記コア層薄膜を選択的にエッチングして上記基板と平行な方向にテーパー構造を持つコア層を形成する第6の工程の6つの工程を少なくとも含むことを特徴とするスポットサイズ変換光導波路の製法。A first step of forming a first lower cladding layer thin film on the substrate; and selectively etching the first lower cladding layer thin film to remove the first lower cladding layer thin film in the vicinity of the optical connecting portion. A second step; a third step of applying a lower clad layer thin film material; and a thermosetting treatment of the lower clad layer thin film material to provide a low planarization rate and a taper structure in a direction perpendicular to the substrate. A fourth step of forming a lower clad layer thin film, a fifth step of forming a core layer thin film having a high planarization rate, and selectively etching the core layer thin film in a direction parallel to the substrate. A method for producing a spot size conversion optical waveguide, comprising at least six steps of a sixth step of forming a core layer having a tapered structure. 基板上に第1の下部クラッド層薄膜を形成する第1の工程と、上記第1の下部クラッド層薄膜を選択的にエッチングして光接続部近傍の上記第1の下部クラッド層薄膜を残す第2の工程と、下部クラッド層薄膜材料を塗布する第3の工程と、上記下部クラッド層薄膜材料を熱硬化処理することにより平坦化率が低く上記基板に垂直な方向にテーパー構造を有する第2の下部クラッド層薄膜を形成する第4の工程と、平坦化率の高いコア層薄膜を形成する第5の工程と、上記コア層薄膜を選択的にエッチングして上記基板と平行な方向にテーパー構造を持つコア層を形成する第6の工程の6つの工程を少なくとも含むことを特徴とするスポットサイズ変換光導波路の製法。A first step of forming a first lower cladding layer thin film on the substrate, and a first etching of the first lower cladding layer thin film to leave the first lower cladding layer thin film near the optical connecting portion. 2 and a third step of applying a lower clad layer thin film material, and a second structure having a taper structure in a direction perpendicular to the substrate with a low flattening rate by thermosetting the lower clad layer thin film material. A fourth step of forming the lower cladding layer thin film, a fifth step of forming the core layer thin film having a high flattening rate, and a taper in a direction parallel to the substrate by selectively etching the core layer thin film A method for producing a spot size conversion optical waveguide, comprising at least six steps of a sixth step of forming a core layer having a structure. 上記コア層上に上部クラッド層を形成することを特徴とする請求項1または2に記載のスポットサイズ変換光導波路の製法。3. The method for producing a spot size conversion optical waveguide according to claim 1 , wherein an upper clad layer is formed on the core layer. 上記第2の下部クラッド層薄膜の平坦化率を70%以下とし、上記コア層薄膜の平坦化率を90%以上とすることを特徴とする請求項1、2または3に記載のスポットサイズ変換光導波路の製法。4. The spot size conversion according to claim 1, wherein the flattening rate of the second lower cladding layer thin film is 70% or less, and the flattening rate of the core layer thin film is 90% or more. Manufacturing method of optical waveguide. 上記第2の下部クラッド層薄膜の材料をフッ素化ポリイミドまたは感光性ベンゾシクロブテンとし、上記コア層薄膜の材料をベンゾシクロブテンまたはエポキシ系紫外線硬化樹脂とし、上記上部クラッド層の材料をフッ素化ベンゾシクロブテンまたはエポキシ系紫外線硬化樹脂とすることを特徴とする請求項3または4に記載のスポットサイズ変換光導波路の製法。The material of the second lower cladding layer thin film is fluorinated polyimide or photosensitive benzocyclobutene, the material of the core layer thin film is benzocyclobutene or an epoxy-based ultraviolet curable resin, and the material of the upper cladding layer is a fluorinated benzoic benzoate. 5. The method for producing a spot size conversion optical waveguide according to claim 3, wherein cyclobutene or epoxy-based ultraviolet curable resin is used.
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