JP3243021B2 - Manufacturing method of optical waveguide device - Google Patents
Manufacturing method of optical waveguide deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光通信に使用される光
導波路素子の作製方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an optical waveguide device used for optical communication.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、光通信システムにおいて、光の
入出力のために光ファイバが接続された多くの光導波路
素子が使用される。この光導波路素子と光ファイバとの
接続は、通常、光学接着剤による接着や、レーザ光によ
る溶着により行われる。以下、図８を参照して、ＹＡＧ
レーザによる溶着技術の一例について説明する。2. Description of the Related Art Generally, in an optical communication system, many optical waveguide elements to which optical fibers are connected for inputting and outputting light are used. The connection between the optical waveguide element and the optical fiber is usually performed by bonding with an optical adhesive or welding with a laser beam. Hereinafter, with reference to FIG.
An example of a welding technique using a laser will be described.
【０００３】まず、図８（ａ）に示すようなシリコン基
板に石英系光導波回路が形成された導波路素子１６を、
図８（ｂ）に示すようにケーシング１５内に収容固定
し、アニールし、導波回路部品を形成する。次いで、図
８（ｃ）に示すように、この導波回路部品の導波路素子
１６と入力ファイバ部品１７ａのコアを軸調芯すること
により一致させ、図８（ｄ）に示すようにＹＡＧレーザ
により溶着する。次に、図８（ｅ）に示すように、導波
路基板１６と出力ファイバ部品１７ｂのコアを軸調芯す
ることにより一致させ、図８（ｆ）に示すようにＹＡＧ
レーザにより溶着する。First, a waveguide element 16 in which a quartz-based optical waveguide circuit is formed on a silicon substrate as shown in FIG.
As shown in FIG. 8B, it is housed and fixed in the casing 15 and annealed to form a waveguide circuit component. Next, as shown in FIG. 8C, the waveguide element 16 of the waveguide circuit component and the core of the input fiber component 17a are aligned by axial alignment, and as shown in FIG. Welding. Next, as shown in FIG. 8 (e), the cores of the waveguide substrate 16 and the output fiber component 17b are aligned by axial alignment, and the YAG is aligned as shown in FIG. 8 (f).
Weld by laser.
【０００４】このように、ＹＡＧレーザによる溶着技術
を用いた接続方法では、軸ずれによる接続損失を極力低
下させるため、あらかじめ入力ファイバ部品１７ａ又は
出力ファイバ部品１７ｂとを軸調芯して一致させ必要が
ある。As described above, in the connection method using the welding technique using a YAG laser, it is necessary to align the input fiber component 17a or the output fiber component 17b in advance and align them with each other in order to minimize the connection loss due to the misalignment. There is.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のＹＡＧ
レーザにより溶着する方法では、軸調芯（図８に示す例
では５軸／端面）に長時間を費やすため、量産化が困難
であり、かつコストが高くなってしまうという問題があ
る。However, the conventional YAG
In the method of welding using a laser, there is a problem that mass production is difficult and costs increase because a long time is required for axis alignment (5 axes / end face in the example shown in FIG. 8).
【０００６】本発明は、このような事情の下になされ、
光ファイバとの接続を、軸調芯することなく行なうこと
を可能とする、光導波路素子の作製方法を提供するを目
的とする。[0006] The present invention has been made under such circumstances,
It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an optical waveguide device, which enables connection with an optical fiber without axial alignment.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
光導波路素子と光ファイバとを無調芯で接続することの
可能な導波路素子について検討を重ね、そのような導波
路素子を精度良く作製することを可能とする新たな方法
を開発した。Means for Solving the Problems Accordingly, the present inventors have:
We have been studying waveguide devices that can connect an optical waveguide device and an optical fiber without adjusting the core, and have developed a new method that can manufacture such a waveguide device with high accuracy.
【０００８】即ち、本発明は、ピン嵌合によって光ファ
イバとの接続が行われる導波路素子の作製方法であっ
て、基板上に下部クラッド層及びコア層を形成する工
程、前記コア層をパターニングし、導波路コアと、この
導波路コアから所定の距離に位置するマーカーとを同一
マスクを用いて同時に形成する工程、前記マーカーの一
部を除く部分上に上部クラッド層を形成する工程、及び
前記マーカーの上部クラッド層が形成されていない部分
を基準として、基板にピン嵌合用溝を形成する工程を具
備する導波路素子の作製方法を提供する。That is, the present invention relates to a method for manufacturing a waveguide element in which connection with an optical fiber is performed by pin fitting, wherein a step of forming a lower clad layer and a core layer on a substrate, and patterning the core layer and a waveguide core, simultaneously forming a marker using the same mask that is located from the waveguide core at a predetermined distance, the marker one
Forming an upper cladding layer on the portion excluding the portion, and
Part of the marker where the upper cladding layer is not formed
The present invention provides a method for manufacturing a waveguide element, comprising a step of forming a pin fitting groove in a substrate on the basis of:
【０００９】以下、本発明について、詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail.
【００１０】光導波路素子と光ファイバとを無調芯で接
続する方法は、次のような方法である。即ち、導波路基
板に、導波路コアに対する高さ、横方向の位置が高精度
に設定された例えばＶ形状の溝を形成して、この溝から
なる嵌合孔を有する光導波路素子を構成する。一方、フ
ァイバコアとの位置が高精度に設定されたピンを有する
光ファイバのコネクタを形成する。両者の接続は、光フ
ァイバのコネクタのピンを光導波路素子の嵌合孔に嵌合
させ、次いで、光学接着剤による接着やレーザ光による
溶着により、導波路コアとファイバコアとを接続するこ
とにより行なうものである。The method of connecting the optical waveguide element and the optical fiber without adjusting the core is as follows. That is, for example, a V-shaped groove whose height and lateral position with respect to the waveguide core are set with high precision is formed in the waveguide substrate, and an optical waveguide element having a fitting hole formed by this groove is formed. . On the other hand, an optical fiber connector having pins whose positions with respect to the fiber core are set with high precision is formed. The connection between the two is made by fitting the pin of the optical fiber connector into the fitting hole of the optical waveguide element, and then connecting the waveguide core and the fiber core by bonding with an optical adhesive or welding with laser light. It is what you do.
【００１１】溝からなる嵌合孔を有する光導波路素子
は、次のようにして製造される。まず、基板上に、例え
ば火炎堆積法により、下部クラッド層及びコア層を形成
することにより、スラブ導波路を作製する。次いで、ス
ラブ導波路が形成された基板にピン嵌合用の溝、例えば
Ｖ形状の溝を形成する。この溝の形成は、切削加工又は
化学エッチングにより行なうことが出来る。次に、コア
層を導波路パターン状にパターニングして、導波路コア
を形成する。その後、埋込層を形成してコアを埋込み、
例えば接着剤により、同様に溝を有する他の基板を張り
合わせることにより、光導波路素子が完成する。An optical waveguide element having a fitting hole formed by a groove is manufactured as follows. First, a slab waveguide is manufactured by forming a lower cladding layer and a core layer on a substrate by, for example, a flame deposition method. Next, a groove for pin fitting, for example, a V-shaped groove is formed on the substrate on which the slab waveguide is formed. This groove can be formed by cutting or chemical etching. Next, the core layer is patterned into a waveguide pattern to form a waveguide core. After that, a buried layer is formed and the core is buried,
An optical waveguide element is completed by bonding another substrate having a groove similarly with an adhesive, for example.
【００１２】しかし、このような光導波路素子と光ファ
イバのコネクタとを無調芯で接続する方法を採用するに
は、Ｖ状溝と導波路コアとの相対的位置関係が高精度に
設定出来なければならない。従って、Ｖ状溝と導波路コ
アとの相対的位置関係を高精度に設定することの可能な
導波路素子の作製方法を開発することは、極めて重要で
ある。However, in order to adopt such a method of connecting the optical waveguide element and the connector of the optical fiber without adjusting the alignment, the relative positional relationship between the V-shaped groove and the waveguide core can be set with high precision. There must be. Therefore, it is extremely important to develop a method for manufacturing a waveguide element that can set the relative positional relationship between the V-shaped groove and the waveguide core with high accuracy.
【００１３】本発明の導波路素子の作製方法では、導波
路コアのパターンとこの導波路コアパターンから所定の
距離に位置するマーカーのパターンとを併せ有するフォ
トマスクを用いたフォトリソグラフィーとドライエッチ
ングとにより、スラブ導波路をパターニングして、導波
路コアとマーカーとを形成する。次いで、形成されたマ
ーカーを高さ及び位置の基準として、導波路基板に例え
ばＶ状溝を形成する。このようにして、ピンの中心と導
波路コアの中心とを所定の距離に正確に位置合せされた
状態で、Ｖ状溝を形成することが可能である。なお、火
炎堆積法による導波路の作製は、その厚さが高精度に設
定出来るので、膜厚をＶ状溝形成のための高さの基準と
することも可能である。In the method of manufacturing a waveguide element according to the present invention, photolithography and dry etching using a photomask having a pattern of a waveguide core and a pattern of a marker located at a predetermined distance from the waveguide core pattern are performed. The slab waveguide is patterned to form a waveguide core and a marker. Next, for example, a V-shaped groove is formed in the waveguide substrate using the formed marker as a reference for the height and the position. In this way, it is possible to form a V-shaped groove with the center of the pin and the center of the waveguide core accurately aligned at a predetermined distance. In addition, in the production of the waveguide by the flame deposition method, since the thickness can be set with high accuracy, the film thickness can be used as a reference for the height for forming the V-shaped groove.
【００１４】[0014]
【作用】本発明の方法では、導波路コアパターンとマー
カーパターンとを併せ有するフォトマスクを用いて、導
波路コア形成の際にマーカーも同時に形成し、このマー
カーを基準として嵌合ピン溝の形成を行なっている。そ
のため、溝の中心と導波路コアの中心とが所定の距離に
正確に位置合された状態で、嵌合ピン溝を形成すること
が可能である。According to the method of the present invention, a marker is simultaneously formed when a waveguide core is formed using a photomask having both a waveguide core pattern and a marker pattern, and a fitting pin groove is formed based on the marker. Are doing. Therefore, the fitting pin groove can be formed in a state where the center of the groove and the center of the waveguide core are accurately positioned at a predetermined distance.
【００１５】このように導波路コアに対し正確に位置合
せされた嵌合ピン溝を有する光導波ｚ素子の嵌合ピン溝
（孔）に、光ファイバのコネクタピンを嵌合させること
により、導波路コアとファイバコアとは、軸調芯を行な
うことなく一致し、軸ずれによる接続損失が生ずること
がない。[0015] By fitting the connector pin of the optical fiber into the fitting pin groove (hole) of the optical waveguide z-element having the fitting pin groove accurately aligned with the waveguide core as described above, the guide is formed. The waveguide core and the fiber core are aligned without performing axial alignment, and there is no connection loss due to axial misalignment.
【００１６】[0016]
【実施例】以下、本発明の実施例を示し、本発明をより
具体的に説明する。The present invention will be described more specifically with reference to the following examples.
【００１７】実施例１ まず、Ｓｉ基板１上に火炎堆積法により下部クラッド層
２及びコア層を形成することにより、スラブ導波路を作
製した。次いで、図１及び２に示すように、コア層をフ
ォトリソグラフィーとドライエッチングによりパターニ
ングし、導波路コア３とマーカー４とを形成した。導波
路コア５は基板上に４グループ、マーカー４は導波路コ
ア３の両側に２本、コアと同一幅にて計８本形成した。
さらに、マーカーの両端にも幅２．５mm、長さ５０mmの
短冊状マーカーを形成した。なお、フォトリソグラフィ
ーに用いるフォトマスクには、導波路コアパターンとマ
ーカーパターンの両方が描かれている。Example 1 First, a lower clad layer 2 and a core layer were formed on a Si substrate 1 by a flame deposition method to produce a slab waveguide. Next, as shown in FIGS. 1 and 2, the core layer was patterned by photolithography and dry etching to form a waveguide core 3 and a marker 4. Four groups of the waveguide cores 5 were formed on the substrate, two markers 4 were formed on both sides of the waveguide core 3, and a total of eight markers 4 having the same width as the core.
Further, a strip-shaped marker having a width of 2.5 mm and a length of 50 mm was formed on both ends of the marker. Note that both a waveguide core pattern and a marker pattern are drawn on a photomask used for photolithography.
【００１８】次に、図３に示すような導波路コア３上の
埋込み領域に、上部クラッド層５を積層し、導波路コア
３を埋込んだ。なお、マーカー４は、後のＶ状溝形成の
際の位置合わせに用いるため、その一部には上部クラッ
ド層５を積層しなかった。これは、例えばマーカー４の
一部上をシリコン板等で覆った状態で火炎堆積法により
上部クラッド層を積層することにより実現出来る。Next, an upper clad layer 5 was laminated in a buried region on the waveguide core 3 as shown in FIG. 3, and the waveguide core 3 was buried. In addition, since the marker 4 was used for positioning at the time of forming a V-shaped groove later, the upper clad layer 5 was not laminated on a part thereof. This can be realized, for example, by laminating an upper clad layer by a flame deposition method with a part of the marker 4 covered with a silicon plate or the like.
【００１９】その後、図４に示すように、Ｓｉ基板１を
スライサにより切削加工し、Ｖ状溝６を形成した。この
場合、溝６の中心位置を各マーカーの中心の位置に合わ
せ、溝６の深さはマーカー４の中心とＶ状溝６に挿入さ
れる嵌合ピン７の中心とを一致させるように調整した。
そして最後に、各導波路をダイシングソーで切り分け
て、複数の導波路素子を得た。Thereafter, as shown in FIG. 4, the Si substrate 1 was cut by a slicer to form a V-shaped groove 6. In this case, the center position of the groove 6 is aligned with the center position of each marker, and the depth of the groove 6 is adjusted so that the center of the marker 4 and the center of the fitting pin 7 inserted into the V-shaped groove 6 coincide. did.
Finally, each waveguide was cut with a dicing saw to obtain a plurality of waveguide elements.
【００２０】このようにして得た導波路素子８と、上述
と同様の切削加工で溝形成したＳｉ基板９とを、図５に
示すように、両者の溝に嵌合ピン７を嵌合させた状態
で、バネ１０により固定するか、又は接着剤により張り
合わせることにより、嵌合用導波路モジュール１１を作
製した。図６（ａ）に示す嵌合用導波路モジュール１１
と、図６（ｂ）に示すファイバコネクタ１２との接続実
験を、図６（ｃ）に示すように行なったところ、０．３
〜１．０ｄＢ程度の接続損失で両者を接続出来た。The waveguide element 8 thus obtained and the Si substrate 9 having grooves formed by the same cutting process as described above are fitted with fitting pins 7 into both grooves as shown in FIG. In this state, the fitting waveguide module 11 was manufactured by fixing with a spring 10 or bonding with an adhesive. Waveguide module 11 for fitting shown in FIG.
And FIG. 6 (c) shows a connection experiment with the fiber connector 12 shown in FIG. 6 (b).
Both could be connected with a connection loss of about 1.0 dB.
【００２１】実施例２ 以上の実施例では、Ｖ状溝６を切削加工により行なった
が、本発明はこれに限らず、例えば化学エッチングによ
り行なうことも可能である。この方法は、Ｓｉ単結晶基
板の異方性（テーパー）エッチングを利用するものであ
り、Ｓｉ単結晶基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸すこ
とにより、Ｓｉ単結晶基板にＶ状溝を形成することが出
来る。この場合、Ｖ状溝６の作製部分のスラブ導波路を
除去し、Ｓｉ面を露出させる必要がある。本実施例で
は、導波路コアパターンが描かれているフォトマスク
に、Ｖ状溝６のための露出領域をも描いておくことによ
り、導波路コア形成と同時にＶ状溝形成部のコア層も除
去される。Embodiment 2 In the above embodiment, the V-shaped groove 6 is formed by cutting, but the present invention is not limited to this, and it is also possible to perform the etching by, for example, chemical etching. This method utilizes anisotropic (taper) etching of a Si single crystal substrate, and forms a V-shaped groove in the Si single crystal substrate by immersing the Si single crystal substrate in an alkaline solution such as KOH. Can be done. In this case, it is necessary to remove the slab waveguide at the portion where the V-shaped groove 6 is formed to expose the Si surface. In the present embodiment, the exposed region for the V-shaped groove 6 is also drawn on the photomask on which the waveguide core pattern is drawn, so that the core layer of the V-shaped groove forming portion is formed simultaneously with the formation of the waveguide core. Removed.
【００２２】以下、図７（ａ）〜（ｄ）を参照して、本
実施例に係る導波路素子作製工程について説明する。The steps of fabricating the waveguide element according to this embodiment will be described below with reference to FIGS. 7 (a) to 7 (d).
【００２３】まず、図７（ａ）に示すように、Ｓｉ基板
２１の表面からのコア層の高さがわかっているスラブ導
波路のコア層を、フォトリソグラフィーとドライエッチ
ングによりパターニングし、導波路パターン２２とＶ状
溝用マスクパターン２３とを形成した。なお、フォトリ
ソグラフィーに用いるフォトマスクには、導波路パター
ンとＶ状溝用パターンの両方が描かれている。First, as shown in FIG. 7A, the core layer of the slab waveguide whose height from the surface of the Si substrate 21 is known is patterned by photolithography and dry etching to form a waveguide pattern 22. And a V-shaped groove mask pattern 23 were formed. Note that both a waveguide pattern and a V-shaped groove pattern are drawn on a photomask used for photolithography.
【００２４】次いで、基板２１をＥＰＷ溶液（エチレン
−ピテカテコール水溶液）中に浸漬し、図７（ｂ）に示
すようにＶ状溝２４を形成した。次に、図７（ｃ），
（ｄ）に示すように、Ｖ状溝８上をマスク板２５により
覆った状態で、導波路パターン２２上に上部クラッド層
２６を積層し、導波路パターン２２を埋込んだ。Next, the substrate 21 was immersed in an EPW solution (ethylene-pitecatechol aqueous solution) to form a V-shaped groove 24 as shown in FIG. 7B. Next, FIG.
As shown in (d), the upper clad layer 26 was laminated on the waveguide pattern 22 while the V-shaped groove 8 was covered with the mask plate 25, and the waveguide pattern 22 was embedded.
【００２５】その後、実施例１と同様の手順で導波路モ
ジュールを作製した。この嵌合用導波路モジュールと、
ファイバコネクタとの接続実験を、実施例１と同様にし
て行なったところ、０．３ｄＢ程度の接続損失で両者を
接続出来た。Thereafter, a waveguide module was manufactured in the same procedure as in Example 1. This mating waveguide module,
A connection experiment with a fiber connector was performed in the same manner as in Example 1. As a result, the two could be connected with a connection loss of about 0.3 dB.
【００２６】[0026]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
ると、導波路コアパターンとマーカーパターンとを併せ
有するフォトマスクを用いて、導波路コア形成の際にマ
ーカーも同時に形成し、このマーカーを基準として嵌合
ピン溝の形成を行なっているため、溝の中心と導波路コ
アの中心とが所定の距離に正確に位置合された状態で、
嵌合ピン溝を形成することが可能である。As described above, according to the method of the present invention, a marker is simultaneously formed when a waveguide core is formed using a photomask having both a waveguide core pattern and a marker pattern. Since the fitting pin groove is formed on the basis of, the center of the groove and the center of the waveguide core are accurately aligned at a predetermined distance,
It is possible to form a fitting pin groove.
【００２７】本発明の方法により得た光導波素子の嵌合
ピン溝（孔）に、光ファイバのコネクタピンを嵌合させ
ることにより、導波路コアとファイバコアとは、軸調芯
を行なうことなく一致し、軸ずれによる接続損失のない
光導波素子と光ファイバとの接続が可能である。[0027] By fitting a connector pin of an optical fiber into a fitting pin groove (hole) of the optical waveguide element obtained by the method of the present invention, the waveguide core and the fiber core are axially aligned. It is possible to connect the optical fiber and the optical fiber without any connection loss due to axial misalignment.
【図１】 本発明の１実施例に係る導波路素子の作製工
程における、導波路コア及びマーカー形成後の導波路基
板を示す上面図。FIG. 1 is a top view showing a waveguide substrate after a waveguide core and a marker are formed in a manufacturing process of a waveguide element according to one embodiment of the present invention.
【図２】 図１の導波路基板の断面図。FIG. 2 is a sectional view of the waveguide substrate of FIG. 1;
【図３】 導波路基板の埋込領域を示す導波路基板の上
面図。FIG. 3 is a top view of the waveguide substrate showing an embedded region of the waveguide substrate.
【図４】 Ｖ溝形成後の導波路基板を示す断面図。FIG. 4 is a sectional view showing the waveguide substrate after forming a V-groove.
【図５】 導波路素子の組立状態を示す断面図。FIG. 5 is a sectional view showing an assembled state of the waveguide element.
【図６】 導波路素子と光ファイバの接続状態を示す断
面図。FIG. 6 is a sectional view showing a connection state between the waveguide element and the optical fiber.
【図７】 本発明の他の実施例に係る導波路素子の作製
工程を工程順に示す断面図。FIG. 7 is a sectional view showing a step of manufacturing a waveguide element according to another embodiment of the present invention in the order of steps.
【図８】 従来のＹＡＧレーザ溶接による導波路素子と
光ファイバーの接続工程を示す工程図。FIG. 8 is a process diagram showing a conventional process of connecting a waveguide element and an optical fiber by YAG laser welding.
１…Ｓｉウエハ基板、２…下部クラッド層、３…コア
層、４…マーカー、５…上部クラッド層、６…Ｖ状溝、
７…嵌合ピン、８…導波路基板、９…Ｓｉ基板、１０…
バネ、１１…導波路モジュール、１２…光ファイバコネ
クタ、２１…Ｓｉ基板、２２…導波路パターン、２３…
Ｖ状溝用マスクパターン、２４…Ｖ状溝、２５…マスク
板、２６…上部クラッド層。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Si wafer substrate, 2 ... Lower clad layer, 3 ... Core layer, 4 ... Marker, 5 ... Upper clad layer, 6 ... V-shaped groove,
7 ... fitting pin, 8 ... waveguide substrate, 9 ... Si substrate, 10 ...
Spring, 11: waveguide module, 12: optical fiber connector, 21: Si substrate, 22: waveguide pattern, 23:
V-shaped groove mask pattern, 24: V-shaped groove, 25: mask plate, 26: upper clad layer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−125209（ＪＰ，Ａ) 欧州特許出願公開455090（ＥＰ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/30 G02B 6/13 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-2-125209 (JP, A) European Patent Application Publication 455090 (EP, A1) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G02B 6/30 G02B 6/13
Claims (1)
行われる導波路素子の作製方法であって、基板上に下部
クラッド層及びコア層を形成する工程、前記コア層をパ
ターニングし、導波路コアと、この導波路コアから所定
の距離に位置するマーカーとを同一マスクを用いて同時
に形成する工程、前記マーカーの一部を除く部分上に上
部クラッド層を形成する工程、及び前記マーカーの上部
クラッド層が形成されていない部分を基準として、基板
にピン嵌合用溝を形成する工程を具備する導波路素子の
作製方法。1. A method for manufacturing a waveguide element connected between the optical fiber by a pin fitting is performed, the lower on the substrate
Forming a cladding layer and the core layer, patterning the core layer, and the waveguide core, forming at the same time using the same mask and a marker located from the waveguide core at a predetermined distance, the marker one Above the part except the part
Forming a partial cladding layer, and an upper portion of the marker
A method for manufacturing a waveguide element, comprising a step of forming a pin-fitting groove in a substrate based on a portion where a clad layer is not formed.
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| JP4-62545 | 1992-03-18 | ||
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| JPH05323144A (en) | 1993-12-07 |
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