JP4061640B2

JP4061640B2 - Method for manufacturing polymer optical waveguide device having inclined core end face

Info

Publication number: JP4061640B2
Application number: JP2002271301A
Authority: JP
Inventors: 敏裕黒田; 成行八木
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2022-09-18
Also published as: JP2004109426A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、傾斜したコア端面を有するポリマー光導波路デバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のパソコンやインターネットの普及に伴い、情報伝送需要が急激に増大している。このため、伝送速度の速い光伝送を、パソコン等の末端の情報処理装置まで普及させることが望まれている。これを実現するには、光インターコネクション用に、高性能な光導波路を、安価かつ大量に製造する必要がある。
光導波路の材料としては、ガラスや半導体材料等の無機材料と、樹脂が知られている。無機材料により光導波路を製造する場合には、真空蒸着装置やスパッタ装置等の成膜装置により無機材料膜を成膜し、これを所望の導波路形状にエッチングすることにより製造する方法が用いられる。また、樹脂によって光導波路を製造する場合には、成膜工程を、塗布と加熱により大気圧中で行う。このような樹脂としては、種々のものが知られているが、ガラス転移温度（Ｔｇ）が高く、耐熱性に優れるポリイミドが特に期待されている。ポリイミドによりコアおよびクラッド層を形成した場合、長期信頼性が期待でき、半田付けにも耐えることができる。このポリイミドの中でも透過率、屈折率特性から通常フッ素を含むポリイミドが適用されている。
【０００３】
樹脂製の光導波路デバイスは、一般的には、基板上に、光ファイバ搭載用のＶ溝を設け、さらに樹脂製の下部クラッド、コア（光導波路）及び上部クラッドを含む光導波路積層体を積層し、レーザーダイオード（ＬＤ）やフォトダイオード（ＰＤ）の光学素子を搭載することにより製造される。これらの光学素子とコアの接続端面では、光結合損失を小さくするため、反射減衰を低下させることが重要である。反射減衰を低下させる一つの技術として端面を一定の角度で傾斜させる方法がある。
【０００４】
このように一定の角度を持つ光導波路のコア端面の製造方法として従来、研磨機を用いて斜めに加工する方法が知られているが研磨工程には時間がかかり問題であった。また、このように一定の角度を持つように製造される光導波路のコア端面は、さらに端面の反射減衰を低下させるように研磨等による鏡面仕上げ加工が必要である。鏡面加工には、ベルト研磨、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等が利用されている。しかし、ベルト研磨は、研磨工程に時間がかかり、またＲＩＥでは、端面の表面粗さＲａが０．１μｍ程度の粗いものしか得られないという問題がある。
また従来、主軸を傾けたスピンドルを用いて光ファイバまたは光回路部品の端面を一定の角度で傾斜するように切断する方法が開示されているが、この方法では依然として端面の研磨工程が必要であるという問題があった（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１５５２３６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、研磨工程等の時間のかかる工程を行わずに、コア端面の反射減衰量を十分に低下できる、垂直面に対して傾斜した平滑なコア端面を有するポリマー光導波路デバイスを製造する方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、基板上に設けられたポリマー光導波路積層体を、前記基板に対し傾斜して配置されたスピンドルの主軸に取り付けられたブレードによって切削する、傾斜したコア端面を有するポリマー光導波路デバイスの製造方法であって、（１）前記ブレードによりポリマー光導波路積層体のみを、少なくともコアを切断するまで切削する第１切削ステップ、
（２）第１切削ステップによる切削線に沿って前記ブレードにより前記基板の一部を切削する第２切削ステップ、
を有するポリマー光導波路デバイスの製造方法により解決される。
また、本発明の好ましい実施態様は、上記方法において基板とスピンドルの主軸が５〜４０度の角度で傾斜して配置される方法である。また本発明の他の好ましい実施態様は、上記方法において、コア端面の表面粗さＲａが０．０１〜０．０２μｍである方法である。
また、さらに上記方法においてスピンドルの主軸が水平方向に保持されていることが好ましい。
また、本発明の方法において、ポリマーはフッ素化ポリイミドであることが好ましい。
【０００８】
本発明のポリマー光導波路デバイスの製造方法により、傾斜したコア端面を有するポリマー光導波路を研磨工程を経ずとも面精度及び角度精度よく製造することができる。これは以下の理由が考えられる。
基板上に光導波路積層体を設ける光導波路デバイスの製造方法において、電極及びＬＤ等の光学素子を積載する領域を設けるため、その領域に形成された余分な光導波路積層体を剥がすための基板への切り込みが必要である。従って、傾斜したコア端面を作製するための切り込みは、基板に対して傾斜して配置されたスピンドルの主軸に取り付けられたブレードを用いて、光導波路積層体（ポリマー部）と基板の一部（所定の深さ：通常５０〜２００μｍ程度）に連続するように形成される。しかし、このポリマー部と基板部の切り込みを１回の切削で行うとコア端面の表面粗さＲａが大きい。すなわち、コア端面は反射減衰量を低下させるように表面粗さ（Ｒａ）がある程度小さいことが好ましいが、従来の１回切削の方法では端面のＲａが十分に小さくならないためさらに研磨工程が必要であった。しかし、コア端面付近には光学素子を搭載するための領域が突き出た構造のため、実際には研磨工程を追加することはできなかった。
【０００９】
一方、まずポリマー部を切削し、その後前記切削による切削線に沿ってブレードを再度入れてシリコン基板を所定の深さにまで切削するというように２回以上に分けて切削するとコア端面の表面粗さＲａが十分に小さくなることが見出された。この原因として１回の切削より２回の切削の方が合計切削時間が長くなるため切削時間の合計に依存して表面粗さが小さくなったことが考えられた。しかし、後述の実験例からも明らかなように１回切削を２回切削とほぼ同時間行うと逆に表面粗さが大きくなることが観察された。この理由は明らかではないが、ポリマー部と基板の一部を同時に切削した際、加工中にＳｉ小片が発生し、これによりポリマー部の切断面が削られて、コア端面の研磨精度が低下するのではないかと考えられる。以上のことからポリマー光導波路デバイスを切削する場合には、ポリマー部とシリコン基板部とを２回以上に分けて切削することが、面精度向上に必要であることを見出し、本発明を完成した。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の方法について以下に詳細に説明する。
図１〜図３を例に本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の方法により製造されるポリマー光導波路デバイスの一実施形態を表したものであり、図２はそのＡ−Ａ’断面図である。また、図３は本発明の方法において光導波路端面２５、切り込み２６を形成する工程におけるスピンドルとポリマー光導波路デバイスの断面図である。
【００１１】
基板１の材料は後述するように種々のものが挙げられるが、ここでは例としてシリコン基板である。基板１の上面には、基板１を保護し、屈折率を調整するための二酸化珪素層２が備えられ、光導波路積層体１０は、二酸化珪素層２の上に形成されている。光導波路積層体１０は、二酸化珪素層２の上に、順に積層された、有機ジルコニウム化合物層（図示されていない）と、フッ素を含まない樹脂層（図示されていない）と、下部クラッド３と、コア４と、コア４を埋め込む上部クラッド５と、保護層（図示されていない）とを含んでいる。下部クラッド３、コア４及び上部クラッド５は、いずれもフッ素を含むポリイミド樹脂により形成されている。ただし、コア及びクラッド材料のポリマーは後述するようにフッ素化ポリイミド樹脂に限られず様々なものが挙げられる。有機ジルコニウム化合物層及びフッ素を含まない樹脂層は、基板１と下部クラッド３との接着性を高めるために配置されている。またこのような接着層として有機ジルコニウム化合物層の代わりに、有機アルミニウム化合物層を用いてもよい。光導波路積層体１０が配置されない領域２０、３０となる部分については、切り込み２６及び２８を入れた後に光導波路積層体１０を剥離できるように、ウェットエッチングにより、フッ素を含まない樹脂層と有機ジルコニウム化合物層を除去しておく。
【００１２】
下部クラッド３及び上部クラッド５は、いずれも、第１のポリイミド樹脂膜からなる。下部クラッド３、上部クラッド５及びコア４等の厚さは、ポリマー光導波路デバイスの目的等により適宜選択可能である。一実施態様として、下部クラッド３の膜厚は、約６μｍ、上部クラッド５の膜厚は、コア４の直上で約１０μｍ、他の部分で約１５μｍである。コア４は、第２のポリイミド樹脂膜からなり、その膜厚は約６．５μｍである。保護層は、第３のポリイミド樹脂膜であり、その膜厚は、コア４から離れた端部で約５μｍである。
【００１３】
下部クラッド３から保護層までの各層は、これらが不要な領域２０及び３０にも配置されているため、これを剥がして除去する必要がある。すなわち、領域２０と光導波路積層体１０との境界、及び、光導波路積層体１０と領域３０との境界にそれぞれダイシングブレード（砥粒を表面に付着させたディスク形状の研削工具）を用いて切り込み２６、２８を入れ、下部クラッド３から保護層９までの各層を切断する。このとき、切り込みの深さは、光導波路積層体１０は切断されるが、基板１は切り離されない深さにする。先の工程で、領域２０及び領域３０の基板１の上面からは、有機ジルコニウム化合物層とフッ素を含まない樹脂層が除去されているため、領域２０及び領域３０では下部クラッド３と基板１との密着力は小さい。したがって、領域２０及び領域３０の上に搭載されている下部クラッド３から保護層間での各層は、切り込み２６、２８を入れたことにより、ウエハ状の基板１から帯状に容易に剥がすことができる。これにより、ウエハ状の基板１において、領域２０及び領域３０では基板上面（二酸化珪素層）が露出される。
【００１４】
図１及び図２に示すように、ＬＤ接続面である光導波路積層体端面２５は垂直面に対して傾斜するように形成されており、光導波路積層体端面２５に連続した切り込み２６も垂直面に対して傾斜するように形成されている。また、切り込み２７もコア４を横切って垂直面に対して傾斜するように形成されている。
この光導波路積層体端面２５、切り込み２６、及び切り込み２７は、基板１の法線方向に対して、光導波路積層体端面２５、切り込み２６については好ましくは５度〜１２度の範囲の所望の角度α’で傾斜しており、切り込み２７については好ましくは５度〜４０度の範囲の所望の角度αで傾斜している。光導波路積層体端面２５、及び切り込み２７の切断面はコア４の伝搬光が散乱するのを防ぐために光学的に滑らかな面に形成する必要がある。
本発明は、この切削方法に特徴を有するものである。
【００１５】
切削に用いる装置は、砥粒を表面に付着させたディスク形状の研削工具であるブレードを備えたスピンドルと称される装置である（図３）。スピンドルの主軸に対してブレードは垂直となるように取り付けられている。スピンドルは通常上下垂直方向または水平方向にのみ移動が可能であるため、スピンドルの主軸を水平方向に保持させることが好ましい。すなわち、本発明の方法では光導波路積層体１０を切削した後、基板１の一部を切削するという２回以上の切削ステップが必要であるため、第１切削ステップ後、スピンドルまたはポリマー光導波路デバイスを第１切削による切削線に沿った方向に移動させる必要がある。しかし、通常スピンドルの主軸の移動方向は水平方向及び垂直方向に制限されるため、スピンドルの主軸が水平方向に対して傾斜している場合には、一定の角度の傾斜方向に沿ってスピンドルを移動させる（ブレードとポリマー光導波路デバイスのかみ込みの深さを変える）と垂直方向と水平方向移動の２軸同期制御となり、ブレード先端部の位置精度は低下し、結果的には角度精度が低下する場合がある。
これに対しスピンドルの主軸が水平方向に保持されている場合には、ポリマー部の第１切削ステップを行った後、スピンドルを上下垂直方向に一度のみ移動させることによって、次の基板部の第２切削ステップを行えるため、角度精度が全く低下せず好ましい。
【００１６】
ポリマー光導波路デバイスをスピンドルの主軸方向に対して所定の角度、好ましくは５〜４０度傾斜させて保持させる。スピンドルが上述したように水平方向に保持されている場合には、ポリマー光導波路デバイスを水平方向に対して所定の角度θに傾斜させて保持させる。スピンドルまたはポリマー光導波路デバイスを、図３の描画面（紙面）に対して直交方向に移動させてブレードにより光導波路積層体１０（ポリマー部）を少なくともコア端面が切断されるように切削し（第１切削ステップ）、端面２５となる切り込みを形成する。続いて、スピンドルまたはポリマー光導波路デバイスを第１切削ステップによる切削線に沿って５０〜２００μｍ程度基板に切り込み移動させて、基板１の一部をブレードにより切削し（第２切削ステップ）、切り込み２６を形成する。
【００１７】
第１切削ステップでは、コア端面の表面粗さが小さくなるように、少なくともポリマー光導波路積層体１０のコア４の端面が切断されるような位置で切削する必要がある。例えば、ポリマー光導波路積層体１０が切断されるが基板１は切断されないような深さでポリマー光導波路積層体１０を切削する。
第２切削ステップでは、第１切削ステップによる切削線に沿って基板１を所定の深さ（基板表面から５０〜２００μｍの深さ）まで切削する。
切り込み２６から、領域３０に形成されている下部クラッド３から保護層までの各層を剥がして除去し、基板上面（二酸化珪素層）を露出する。
切り込み２７も光導波路積層体端面２５及び切り込み２６と同様に形成する。形成された切り込み２７の間隙の幅ｔは２３μｍ程度である。
【００１８】
上記切削において他の条件は通常の方法と同じである。切削の際には、ブレードクーラー水を１．０〜２．０Ｌ／分、シャワー水を０．５〜２．０Ｌ／分程度供給することができる。ブレードの外径は５３ｍｍ程度、厚さは好ましくは２０〜１００μｍ、より好ましくは４０〜６０μｍである。回転数は２００００〜３００００ｒｐｍが適当である。ブレードの送り速度は１ｍｍ／ｓ〜１０ｍｍ／ｓ、好ましくは１ｍｍ／ｓ〜５ｍｍ／ｓである。この範囲の送り速度は、半導体素子製造時のブレードの送り速度の約１／１０である。このようにゆっくりした送り速度でブレードを、ポリイミド樹脂製の光導波路積層体１０に切り込むことにより、切削面、すなわち、端面をさらに滑らかな面に形成することができるため好ましい。
【００１９】
光導波路積層体端面２５、切り込み２６、切り込み２７の形成に使用するブレードの粗さは、レジン砥粒を用いたブレードではＪＩＳ規格相当品で１０００番以上３０００番以下、好ましくは１５００〜１７００番が望ましく、ダイヤモンド砥粒を用いたブレードではＪＩＳ規格相当品で３０００番以上７０００番以下、好ましくは３０００番以上４５００番以下が望ましい。ブレードの粗さが粗過ぎると切り込みの切削面、すなわちコア４の端面が粗い面となり、コア４の伝搬光を散乱する。一方、ブレードの粗さが細か過ぎると、ブレードが目詰まりし易く、光導波路積層体１０が基板１から剥がれるおそれがある。
【００２０】
なお、光導波路積層体端面２５、及び切り込み２７により形成された光導波路積層体１０のコア端面の表面粗さＲａは使用するブレードにより異なるが、例えばメタルレジン系砥粒を用いた場合の好ましい表面粗さは０．０１〜０．０２μｍ程度である。また角度も高精度に形成される。以上のように形成される切削面は光学的に滑らかであるため、仕上げのための研磨等は不要である。
【００２１】
切り込み２７には、コア４を伝搬する光の一部を上向きに反射させる反射フィルム等所望の光学素子を挿入することができる。例えば、反射フィルムとして、波長を選択して一部波長の光を反射し、残りを透過するダイクロイックミラーフィルムや、特定の偏光を反射し、残りを透過する偏光ミラーフィルム等のフィルム状光学素子を挿入することができる。なお、切り込み２７の間隙の幅ｔは、挿入する光学素子の厚さに対して広過ぎると光のロスが生じるため、挿入する光学素子の厚さに合わせた大きさにすることが望ましい。一般には切り込みの幅ｔは１５〜５０μｍにすることが望ましい。
光導波路積層体１０の上面には電極１０７が配置されている。電極１０７は、例えば、切り込み２７とコア４との境界面又は切り込み２７に挿入された反射部材により、上方に向けて反射された光を受光する受光素子を搭載するために使用できる。
【００２２】
切り込み２８はここでは、スピンドル及びポリマー光導波路デバイスをどちらも水平に保持して形成される。しかし、ポリマー光導波路デバイスを水平方向に対して一定角度に傾斜させて、端面２５及び切り込み２６と同様に傾斜した端面を形成してもよい。切り込み２８を形成した後、領域２０に形成されている下部クラッド３から保護層までの各層を剥がして除去し、基板上面を露出する。
Ｖ溝２１は、基板１を異方性エッチングすることにより形成された深さ約１００μｍの溝であり、断面はＶ字型である。Ｖ溝２１は、光ファイバを搭載するためのものである。Ｖ溝２１は、予め定められた径の光ファイバを搭載した場合、コア４とアライメン卜した状態となるよう、その深さ及び幅が設計されている。従って、例えば、電極７上に発光素子を搭載した場合には、発光素子から発せられた光は、コア４に入射して、これを伝搬し、コア４から出射され、Ｖ溝２１に搭載された光ファイバに高効率で入射する。また、電極１０７上に受光素子を搭載した場合には、光ファイバを伝搬してきた光が、光ファイバから出射されると高効率でコア４に入射して、これを伝搬し、切り込み２７とコア４との境界面又は切り込み２７に挿入された反射部材により、上方に向けて反射され、受光素子で受光される。
【００２３】
次に、ウエハ状の基板１をダイシングにより切断することにより、短冊状に切り出し、この短冊状の基板１をダイシングにより、個々のポリマー光導波路デバイス１００に切り出し、ポリマー光導波路デバイス１００を完成させる。なお、基板１を切断するダイシング工程の手順は、この手順に限られるものではなく、縦横にメッシュ状にダイシングしてポリマー光導波路デバイス１００を形成することも可能である。
この実施態様の光導波路積層体のコア４は直線形状であるが、光導波路積層体１０のコア４の形状は、ポリマー光導波路デバイスとして必要とされる機能に合わせて直線形状に限らずｙ分岐やｘ型等の所望の形状にすることができる。また、コアの形状に合わせて、Ｖ溝２１や、電極７、電極１０７を複数個備える構成にすることも可能である。
【００２４】
また、こうして製造されるポリマー光導波路デバイス１００は、下部クラッド３から上部クラッド５まで全ての層をポリイミド樹脂で形成しているため、Ｔｇが高く、耐熱性に優れている。よって、本実施の形態のポリマー光導波路デバイス１００は、高温になっても伝搬特性を維持できる。また、ポリイミド樹脂は、半田付け等の高温工程にも耐えることができるため、ポリマー光導波路の上にさらに別のポリマー光導波路や電気回路素子や発光素子を半田付けすることも可能である。
【００２５】
なお、本発明においてポリマー光導波路デバイスとは、基板として、ガラス、石英等の無機材料、シリコン、ガリウムヒ素、アルミニウム、チタン等の半導体や、金属材料、ポリイミド、ポリアミド等の高分子材料、またはこれらの材料を複合化した材料を用いて、これら基板の上に、光導波路を設けたもの、及びさらに、光合波器、光分波路、光減衰器、光回折器、光増幅器、光干渉器、光フィルタ、光スイッチ、波長変換器、発光素子、受光素子あるいはこれらが複合化されたものなどを形成したものを指す。上記の基板上には、発光ダイオード、フォトダイオード等の半導体装置や金属膜を形成することもあり、更に基板の保護や屈折率調整などのために、基板上に、上述のとおり二酸化珪素被膜を形成したり、あるいは、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化タンタルなどの被膜を形成してもよい。
【００２６】
また、光導波路（コア及びクラッド）を作成するためのポリマーとしてはいずれのものも使用できるが、具体例としては、ポリイミド系樹脂（例、ポリイミド樹脂、ポリ（イミド・イソインドロキナゾリンジオンイミド）樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエステルイミド樹脂等）、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、フェノール系樹脂、ポリキノリン系樹脂、ポリキノキサリン系樹脂、ポリベンゾオキサゾール系樹脂、ポリベンゾチアゾール系樹脂、ポリベンゾイミダゾール系樹脂、及びフォトブリーチング用樹脂（例、特開２００１−２９６４３８号公報記載のポリシラン、ニトロン化合物を有するシリコーン樹脂、ＤＭＡＰＮ｛（４−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルニトロン｝を含有するポリメタクリル酸メチル、ダイポリマー（dye polymer）、ニトロン化合物を含有するポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂、特開２０００−６６０５１号公報記載の加水分解性シラン化合物等）が挙げられる。上記樹脂はフッ素原子を有しているものであってもよい。ポリマーとして好ましいものとしては、ガラス転移温度（Ｔｇ）が高く、耐熱性に優れることからポリイミド樹脂が挙げられ、その中でもフッ素化ポリイミド樹脂が特に好ましい。
【００２７】
実施例
次に、本発明のポリマー光導波路デバイスの製造方法をさらに具体的に説明する。
[基板上に光ファイバ搭載用のＶ溝を形成する工程]
ここでは、基板１として直径約１２．７ｃｍのシリコンウエハを用意し、この基板１の上に図１の構造を縦横に多数配列して形成し、後の工程でダイシングにより切り離して、個々のポリマー光導波路デバイス１００に分離する。これにより、多数の図１のポリマー光導波路デバイス１００を量産することができる。よって、成膜やパターニング等は、ウエハ状の基板１全体で一度に行う。
まず、ウエハ状の基板１の上面全体に、二酸化珪素層を熱酸化法や気相堆積法等により形成した後、フォトリソグラフィとシリコン単結晶の異方性を利用したウェットエッチングにより、Ｖ溝２１を配列して形成する。
【００２８】
このウエハ状の基板１の上に金属膜を成膜してパターニングすることにより、図１の電極７を形成する。これにより、ウエハ状の基板１には、Ｖ溝２１と電極７とが多数配列されて形成される。
次に、ウエハ状の基板１の全体に有機ジルコニウム化合物層を形成する。この有機ジルコニウム化合物層の上に、フッ素を含まない樹脂層形成用組成物をスピンコートで塗布し、得られた塗膜を加熱して溶媒を蒸発させ、さらに加熱して硬化させることにより、フッ素を含まない樹脂層を形成する。フッ素を含まない樹脂層の厚さは、０．２３μｍとなるようにスピンコートの条件を制御する。
次に、ウエハ状の基板１の上面のうち、完成後のポリマー光導波路デバイスで光導波路積層体１０が配置されていない領域２０、３０となる部分について、フッ素を含まない樹脂層と、有機ジルコニウム化合物層を除去する。ウエハ状の基板１にはポリマー光導波路デバイスを縦横に配列して製造しているため、ウエハ状の基板１の上面のうち、領域２０及び領域３０は、光導波路積層体１０の両脇の帯状の部分である。この帯状の部分からフッ素を含まない樹脂層と有機ジルコニウム化合物層とを除去しておくことにより、下部クラッド３がこの帯状部分では基板１から剥がれやすくなるため、後述の工程で、基板１の領域２０、３０の部分から光導波路積層体１０を帯状に剥がして除去することが可能になる。
【００２９】
基板１上の領域２０、３０からフッ素を含まない樹脂層と有機ジルコニウム化合物層とを除去する方法について、具体的に説明する。
まず、ウエハ状の基板１の全面にレジスト液をスピンコートし、１００℃で乾燥することによりレジスト膜を形成する。この後、水銀ランプでフォトマスクの像を露光する。フォトマスクは、光導波路積層体１０を形成すべき部分にのみレジスト膜が残るように形成されている。その後、レジスト膜を現像する。これによりレジスト膜のみならず、フッ素を含まない樹脂層もウェットエッチングされ、両者をほぼ除去することができる。
この後、フッ酸を用いたウェットエッチングまたは反応性イオンエッチングにより、有機ジルコニウム化合物層を除去する。有機ジルコニウム化合物層は、膜厚が非常に薄いため、Ｖ溝２１の内部の層もウェットエッチングまたは反応性イオンエッチングにより除去することができる。最後に、レジスト膜を除去する。
【００３０】
[基板上に下部クラッド３を形成する工程]
次に、ウエハ状の基板１の上面全体に前述の第１のポリイミド樹脂膜形成用組成物（すなわち、下部クラッド３形成用組成物）をスピンコートして材料溶液膜を形成する。これを加熱硬化させ、厚さ６μｍの下部クラッド３を形成する。
【００３１】
[下部クラッド３上にコア４を形成する工程]
この下部クラッド３の上に、コア用の前述の第２のポリイミド樹脂膜形成用組成物をスピンコートして材料溶液膜を形成する。これを加熱硬化させ、コア４となる厚さ６．５μｍの第２のポリイミド樹脂膜を形成する。
【００３２】
次に、第２のポリイミド樹脂膜（即ち、コア４となる層）上に、シリコン含有レジスト層（通常は膜厚約１μｍ程度）を設け、該レジスト層を所望のコア４のパターンを有するフォトマスクを介して露光、現像してレジストパターンを形成する。
該レジストパターンをエッチングマスクとして、コア４となる樹脂層をエッチングして、所望のコア４を形成する。エッチングは、レジストパターンをエッチングマスクとして、酸素イオンを用いた反応性イオンエッチング（Ｏ₂−ＲＩＥ）により行う。これにより、基板１上に多数のポリマー光導波路デバイスを配列して一度に形成することができる。
【００３３】
[上部クラッド５及び保護層を形成する工程]
次に、コア４及び下部クラッド３を覆うように、第１のポリイミド樹脂膜形成用組成物をスピンコートする。得られた材料溶液膜を、加熱硬化させ第１のポリイミド樹脂膜の上部クラッド５を形成する。さらに、上部クラッド５の上面に、フッ素を含まないポリイミド樹脂膜形成用組成物をスピンコートし、加熱硬化させて、上面がほぼ平坦でコア４から離れた端部の部分の厚さが約５μｍのフッ素を含まないポリイミド樹脂膜の保護層を得る。
【００３４】
[端面２５及び切り込み２６を形成する工程]
端面２５、及び切り込み２６を形成するための切削は以下のように行った。図３に示されるように、メタルレジン１７００のブレードを備えたスピンドルを水平方向に保持し、上述したように形成したポリマー光導波路デバイスを水平方向に対して８度に傾斜させて保持した。１回目の切削ステップでポリマー部（約３０μｍ厚）を切断し、２回目の切削ステップで基板（約１０００μｍ厚）を、基板表面から約１００μｍの深さまで切り込みを入れた。
他の切削条件は以下のとおりである。ブレードクーラー水を１．０Ｌ／分、シャワー水を０．５Ｌ／分程度供給した。ブレードの刃厚は５０μｍ程度、加工速度は２ｍｍ/秒程度、ブレード回転数は、３０，０００ｒｐｍであった。
【００３５】
次に、領域３０に形成されている下部クラッド３から保護層までの各層を剥がして除去した。すなわち、先の工程で、領域３０の基板１の上面からは、有機ジルコニウム化合物層とフッ素を含まない樹脂層が除去されているため、領域３０では下部クラッド３と基板１との密着力は小さい。したがって、領域３０の上に搭載されている下部クラッド３から保護層間での各層は、切り込み２６を入れたことにより、ウエハ状の基板１から帯状に容易に剥がすことができる。これにより、ウエハ状の基板１において、領域３０では基板上面（二酸化珪素層）が露出された。
光導波路積層体の光導波路積層体端面２５の表面粗さＲａは０．０２μｍであり、角度精度は８度±１度であった。切削面が光学的に滑らかであるため、仕上げのための研磨等は不要であった。
【００３６】
[切り込み２７及び切り込み２８を形成する工程]
切り込み２７は、切り込み２６と同様のプロセスで基板１の法線方向に対して約３０°で傾斜するように切削を行って形成した。切り込み２７の間隙の幅ｔは２３μｍ程度であった。
また、スピンドル及びポリマー光導波路デバイスをどちらも水平に保持して、ポリマー部と基板約１５０μｍの深さに切り込み２８を形成した。
【００３７】
[ポリマー光導波路デバイス１００を形成する工程]
次に、ウエハ状の基板１をダイシングにより切断することにより、短冊状に切り出し、この短冊状の基板１をダイシングにより、個々のポリマー光導波路デバイス１００に切り出し、ポリマー光導波路デバイス１００を完成させた。
【００３８】
実施例２
表１に記載されるように切削条件を変えて実施例１と同様に傾斜したコア端面を有するポリマー光導波路デバイスを得た。端面２５及び切り込み２６の切削条件並びに得られたコア端面の表面粗さＲａの値を表１に示す。
【００３９】
比較例１〜３
実施例１において、スピンドルを水平方向に保持させて、一方ポリマー光導波路デバイスを８度に傾けて保持させ、１回でポリマー部と基板部の切削を行い、コア端面２５及び切り込み２６を形成させ、ポリマー光導波路デバイスを作製した。端面２５及び切り込み２６の切削条件並びに得られたコア端面の表面粗さＲａ（μｍ）の値を表１に示す。
【００４０】
【表１】

【００４１】
上記結果は本発明の方法により、従来の方法より高い平滑性を有する傾斜したコア端面を研磨工程なしに形成できることを示している。なお、加工速度を遅くすると加工時間が長くなり表面粗さＲａが小さくなることが予想されたが、実際には加工速度を遅くするとＲａは大きくなった（０．０１μｍ→０．０２μｍ）。これはＳｉ小片等の発生による影響があるためと考えられる。
また、加工速度２ｍｍ／ｓで１回加工したもの（比較例１）と、加工速度５ｍｍ／ｓで２回加工したもの（実施例２）の、合計加工時間はほぼ同じ長さであるが、得られた端面の表面粗さＲａは２回加工（実施例２）の方が明らかに小さく平滑な面が得られたことがわかる。従って、端面の表面粗さＲａは加工合計時間に依存するのではなく、２回に分けて加工することにより向上したものと考えられる。
【００４２】
なお、この明細書において「表面粗さＲａ」は、ＪＩＳ−Ｂ０６０１−１９９４に準拠して測定されたものであり、具体的条件は以下の通りである。
測定装置：
ミツトヨ製サーフテストＳＶ−４０２
測定条件：
１）カットオフ値：０．２５ｍｍ
２）評価長さ：１．２５ｍｍ
試験片作成及び測定方法：
１）２回目のダイシングで基板の底部まで切り込みを入れて切断。
２）金属顕微鏡上に、上記試験片と測定装置（ポータブルタイプ）を置き、コアの切断面（ポリマー断面）に測定プローブをあわせて測定。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の方法により、表面粗さが小さく伝搬光の反射減衰が少ない傾斜したコア端面を有するポリマー光導波路デバイスを容易に製造することができる。また、本発明方法によれば、研磨工程を経ることなく鏡面研磨加工した際に得られるような表面粗さの平滑端面を有する傾斜したコア端面を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法により製造されるポリマー光導波路デバイスの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１のポリマー光導波路デバイスのＡ−Ａ´断面図である。
【図３】本発明の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１：シリコン基板、２：二酸化珪素層、３：下部クラッド、４：コア、５：上部クラッド、７及び１０７：電極、１０：光導波路積層体、２０：光ファイバ搭載領域、２１：Ｖ溝、２５：光導波路積層体端面、２６〜２８：切り込み、３０：電極搭載領域。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a polymer optical waveguide device having an inclined core end face.
[0002]
[Prior art]
With the recent spread of personal computers and the Internet, information transmission demand is rapidly increasing. For this reason, it is desired to spread optical transmission having a high transmission speed to an end information processing apparatus such as a personal computer. In order to realize this, it is necessary to manufacture a high-performance optical waveguide for optical interconnection at low cost and in large quantities.
As materials for optical waveguides, inorganic materials such as glass and semiconductor materials, and resins are known. In the case of manufacturing an optical waveguide from an inorganic material, a method is used in which an inorganic material film is formed by a film forming apparatus such as a vacuum deposition apparatus or a sputtering apparatus, and this is etched into a desired waveguide shape. . In the case where an optical waveguide is manufactured from a resin, the film forming process is performed at atmospheric pressure by coating and heating. Various resins are known as such resins, and polyimides having a high glass transition temperature (Tg) and excellent heat resistance are particularly expected. When the core and the clad layer are formed of polyimide, long-term reliability can be expected, and it can withstand soldering. Among these polyimides, a polyimide containing fluorine is usually applied because of transmittance and refractive index characteristics.
[0003]
In general, a resin optical waveguide device is provided with a V-groove for mounting an optical fiber on a substrate, and an optical waveguide laminate including a resin-made lower clad, core (optical waveguide) and upper clad is laminated. However, it is manufactured by mounting an optical element such as a laser diode (LD) or a photodiode (PD). In order to reduce the optical coupling loss at the connection end face between these optical elements and the core, it is important to reduce the reflection attenuation. One technique for reducing reflection attenuation is to incline the end face at a constant angle.
[0004]
As a manufacturing method of the core end face of the optical waveguide having a certain angle as described above, a method of processing obliquely using a polishing machine has been conventionally known, but the polishing process takes time and has been a problem. Further, the core end face of the optical waveguide manufactured to have a constant angle as described above needs to be mirror-finished by polishing or the like so as to further reduce the reflection attenuation of the end face. For mirror processing, belt polishing, reactive ion etching (RIE), or the like is used. However, belt polishing has a problem that it takes a long time for the polishing process, and RIE can only obtain a rough surface having a surface roughness Ra of about 0.1 μm.
Conventionally, there has been disclosed a method of cutting an end face of an optical fiber or an optical circuit component so as to be inclined at a certain angle by using a spindle having an inclined main axis. However, this method still requires a polishing step of the end face. (For example, refer to Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2000-155236 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a polymer optical waveguide device having a smooth core end face inclined with respect to a vertical plane, which can sufficiently reduce the return loss of the core end face without performing a time-consuming process such as a polishing process. It is to provide a method of manufacturing.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
An object of the present invention is to provide a polymer optical waveguide device having an inclined core end face, in which a polymer optical waveguide laminate provided on a substrate is cut by a blade attached to a spindle of a spindle that is inclined with respect to the substrate. (1) a first cutting step of cutting only the polymer optical waveguide laminate with the blade until at least the core is cut;
(2) a second cutting step of cutting a part of the substrate by the blade along the cutting line by the first cutting step;
This is solved by a method for producing a polymer optical waveguide device having
In addition, a preferred embodiment of the present invention is a method in which the main axis of the substrate and the spindle is inclined at an angle of 5 to 40 degrees in the above method. Another preferred embodiment of the present invention is the above method, wherein the core end face has a surface roughness Ra of 0.01 to 0.02 μm.
Further, in the above method, it is preferable that the spindle main shaft is held in the horizontal direction.
In the method of the present invention, the polymer is preferably a fluorinated polyimide.
[0008]
By the method for producing a polymer optical waveguide device of the present invention, a polymer optical waveguide having an inclined core end face can be produced with high surface accuracy and angular accuracy without going through a polishing step. The following reasons can be considered.
In a method for manufacturing an optical waveguide device in which an optical waveguide laminate is provided on a substrate, an area for loading optical elements such as electrodes and LDs is provided, and thus the substrate for peeling off an excess optical waveguide laminate formed in the area is provided. Need to be cut. Therefore, the incision for producing the inclined core end face is performed by using a blade attached to the spindle of the spindle that is inclined with respect to the substrate, and a part of the optical waveguide laminate (polymer portion) and the substrate ( It is formed to be continuous at a predetermined depth (usually about 50 to 200 μm). However, when the polymer portion and the substrate portion are cut by one cut, the surface roughness Ra of the core end face is large. That is, it is preferable that the core end face has a small surface roughness (Ra) so as to reduce the return loss, but the conventional single cutting method requires a further polishing step because the end face Ra does not become sufficiently small. there were. However, since a region for mounting an optical element protrudes in the vicinity of the core end face, a polishing step cannot actually be added.
[0009]
On the other hand, if the polymer part is first cut, then the blade is inserted again along the cutting line by the cutting and the silicon substrate is cut to a predetermined depth, and then the surface of the core end face is roughened. It has been found that Ra is sufficiently small. As a cause of this, it was considered that the surface roughness became smaller depending on the total cutting time because the total cutting time was longer in two cuttings than in one cutting. However, as is clear from the experimental examples described later, it was observed that the surface roughness increased conversely when one cut was performed for approximately the same time as the second cut. The reason for this is not clear, but when the polymer part and a part of the substrate are cut simultaneously, a small piece of Si is generated during processing, which cuts the cut surface of the polymer part and reduces the polishing accuracy of the core end face. It is thought that. From the above, when cutting a polymer optical waveguide device, it was found that it is necessary to improve the surface accuracy by cutting the polymer part and the silicon substrate part twice or more, and the present invention was completed. .
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The method of the present invention will be described in detail below.
The embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows an embodiment of a polymer optical waveguide device manufactured by the method of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′. FIG. 3 is a cross-sectional view of the spindle and the polymer optical waveguide device in the step of forming the optical waveguide end face 25 and the cut 26 in the method of the present invention.
[0011]
Various materials can be used for the substrate 1 as will be described later, but here, a silicon substrate is used as an example. A silicon dioxide layer 2 for protecting the substrate 1 and adjusting the refractive index is provided on the upper surface of the substrate 1, and the optical waveguide laminate 10 is formed on the silicon dioxide layer 2. The optical waveguide laminate 10 includes an organic zirconium compound layer (not shown), a fluorine-free resin layer (not shown), a lower clad 3, which are sequentially laminated on the silicon dioxide layer 2. , Core 4, upper clad 5 embedding core 4, and protective layer (not shown). The lower clad 3, the core 4 and the upper clad 5 are all made of polyimide resin containing fluorine. However, the polymer of the core and the clad material is not limited to the fluorinated polyimide resin as will be described later, and various kinds of polymers can be used. The organic zirconium compound layer and the fluorine-free resin layer are disposed in order to improve the adhesion between the substrate 1 and the lower cladding 3. Further, an organic aluminum compound layer may be used as such an adhesive layer instead of the organic zirconium compound layer. For the

portions

20 and 30 where the optical waveguide laminate 10 is not disposed, the fluorine-free resin layer and the organic zirconium are removed by wet etching so that the optical waveguide laminate 10 can be peeled after the

cuts

26 and 28 are made. The compound layer is removed.
[0012]
The lower clad 3 and the upper clad 5 are both made of the first polyimide resin film. The thicknesses of the lower clad 3, the upper clad 5, the core 4 and the like can be appropriately selected depending on the purpose of the polymer optical waveguide device. As one embodiment, the film thickness of the lower clad 3 is about 6 μm, the film thickness of the upper clad 5 is about 10 μm immediately above the core 4, and about 15 μm in other portions. The core 4 is made of a second polyimide resin film, and the film thickness is about 6.5 μm. The protective layer is a third polyimide resin film, and the film thickness is about 5 μm at the end away from the core 4.
[0013]
Since the layers from the lower clad 3 to the protective layer are also disposed in the

regions

20 and 30 where they are not necessary, it is necessary to remove them. That is, cutting is performed using a dicing blade (a disc-shaped grinding tool with abrasive grains attached to the surface) at the boundary between the region 20 and the optical waveguide laminate 10 and at the boundary between the optical waveguide laminate 10 and the region 30. 26 and 28 are inserted, and each layer from the lower cladding 3 to the protective layer 9 is cut. At this time, the depth of the cut is set such that the optical waveguide laminate 10 is cut but the substrate 1 is not cut. In the previous step, the organic zirconium compound layer and the resin layer not containing fluorine are removed from the upper surface of the substrate 1 in the

regions

20 and 30, so that the lower cladding 3 and the substrate 1 are separated in the

regions

20 and 30. The adhesion is small. Therefore, each layer between the lower clad 3 and the protective layer mounted on the region 20 and the region 30 can be easily peeled off from the wafer-like substrate 1 in a band shape by making the

cuts

26 and 28. Thereby, in the wafer-like substrate 1, the upper surface (silicon dioxide layer) of the substrate is exposed in the

regions

20 and 30.
[0014]
As shown in FIGS. 1 and 2, the end face 25 of the optical waveguide laminate that is the LD connection surface is formed so as to be inclined with respect to the vertical plane, and the notch 26 that is continuous with the end face 25 of the optical waveguide stack is also a vertical plane. It is formed so as to be inclined with respect to. The cuts 27 are also formed so as to be inclined with respect to the vertical plane across the core 4.
The optical waveguide laminate end face 25, the cut 26, and the cut 27 are preferably at a desired angle in the range of 5 to 12 degrees with respect to the normal direction of the substrate 1 with respect to the optical waveguide laminate end face 25 and the cut 26. It is inclined at α ′, and the cut 27 is preferably inclined at a desired angle α in the range of 5 to 40 degrees. The end face 25 of the optical waveguide laminate and the cut surface of the cut 27 need to be formed on an optically smooth surface in order to prevent the propagation light of the core 4 from being scattered.
The present invention is characterized by this cutting method.
[0015]
The apparatus used for cutting is an apparatus called a spindle provided with a blade which is a disk-shaped grinding tool with abrasive grains attached to the surface (FIG. 3). The blade is attached so as to be perpendicular to the main spindle of the spindle. Since the spindle is normally movable only in the vertical and horizontal directions or in the horizontal direction, it is preferable to hold the spindle main axis in the horizontal direction. That is, in the method of the present invention, after the optical waveguide laminate 10 is cut, two or more cutting steps of cutting a part of the substrate 1 are necessary. Therefore, after the first cutting step, the spindle or polymer optical waveguide device is used. Needs to be moved in a direction along the cutting line by the first cutting. However, the movement direction of the spindle spindle is normally limited to the horizontal and vertical directions. Therefore, when the spindle spindle is inclined with respect to the horizontal direction, the spindle is moved along an inclination direction of a certain angle. If this is done (changing the depth of engagement between the blade and the polymer optical waveguide device), the two-axis synchronous control of the vertical and horizontal movements will result, and the positional accuracy of the blade tip will decrease, and consequently the angular accuracy will decrease. There is a case.
On the other hand, when the spindle main shaft is held in the horizontal direction, after the first cutting step of the polymer portion, the spindle is moved only once in the vertical and vertical directions, so that the second of the next substrate portion is moved. Since the cutting step can be performed, it is preferable that the angle accuracy does not deteriorate at all.
[0016]
The polymer optical waveguide device is held at a predetermined angle, preferably 5 to 40 degrees, with respect to the spindle main axis direction. When the spindle is held in the horizontal direction as described above, the polymer optical waveguide device is held at a predetermined angle θ with respect to the horizontal direction. The spindle or polymer optical waveguide device is moved in a direction orthogonal to the drawing surface (paper surface) of FIG. 3, and the optical waveguide laminate 10 (polymer portion) is cut by a blade so that at least the core end surface is cut (first surface). 1 cutting step), the notch used as the end surface 25 is formed. Subsequently, the spindle or the polymer optical waveguide device is cut and moved to the substrate by about 50 to 200 μm along the cutting line by the first cutting step, and a part of the substrate 1 is cut by the blade (second cutting step). Form.
[0017]
In the first cutting step, it is necessary to cut at a position at which the end surface of the core 4 of the polymer optical waveguide laminate 10 is cut at least so that the surface roughness of the core end surface is reduced. For example, the polymer optical waveguide laminate 10 is cut to such a depth that the polymer optical waveguide laminate 10 is cut but the substrate 1 is not cut.
In the second cutting step, the substrate 1 is cut to a predetermined depth (a depth of 50 to 200 μm from the substrate surface) along the cutting line in the first cutting step.
The layers from the lower clad 3 formed in the region 30 to the protective layer are peeled off and removed from the notch 26 to expose the upper surface of the substrate (silicon dioxide layer).
The notch 27 is also formed in the same manner as the end face 25 and the notch 26 of the optical waveguide laminate. The width t of the gap between the formed cuts 27 is about 23 μm.
[0018]
Other conditions in the cutting are the same as those in the normal method. In cutting, blade cooler water can be supplied at about 1.0 to 2.0 L / min and shower water at about 0.5 to 2.0 L / min. The outer diameter of the blade is about 53 mm, and the thickness is preferably 20 to 100 μm, more preferably 40 to 60 μm. The rotation speed is suitably 20000 to 30000 rpm. The feed rate of the blade is 1 mm / s to 10 mm / s, preferably 1 mm / s to 5 mm / s. The feed rate in this range is about 1/10 of the feed rate of the blade when manufacturing the semiconductor element. By cutting the blade into the optical waveguide laminate 10 made of polyimide resin at such a slow feed rate, it is preferable because the cut surface, that is, the end surface can be formed on a smoother surface.
[0019]
The roughness of the blade used to form the optical waveguide laminate end face 25, the cut 26, and the cut 27 is JIS standard equivalent for blades using resin abrasive grains and is 1000 to 3000, preferably 1500 to 1700. Desirably, blades using diamond abrasive grains are JIS standard or equivalent and are 3000 or more and 7000 or less, preferably 3000 or more and 4500 or less. If the roughness of the blade is too rough, the cut surface of the cut, that is, the end surface of the core 4 becomes a rough surface, and the propagation light of the core 4 is scattered. On the other hand, if the roughness of the blade is too fine, the blade is likely to be clogged, and the optical waveguide laminate 10 may be peeled off from the substrate 1.
[0020]
The surface roughness Ra of the core end face of the optical waveguide laminate 10 formed by the optical waveguide laminate end face 25 and the notch 27 varies depending on the blade to be used. The roughness is about 0.01 to 0.02 μm. The angle is also formed with high accuracy. Since the cutting surface formed as described above is optically smooth, polishing or the like for finishing is unnecessary.
[0021]
A desired optical element such as a reflective film that reflects upward a part of the light propagating through the core 4 can be inserted into the notch 27. For example, as a reflective film, a film-like optical element such as a dichroic mirror film that reflects light of a part of a wavelength by selecting a wavelength and transmits the remaining light, or a polarizing mirror film that reflects specific polarized light and transmits the remaining light. Can be inserted. Note that the width t of the gap 27 of the notch 27 is too large with respect to the thickness of the optical element to be inserted, so that loss of light occurs. In general, the cut width t is preferably 15 to 50 μm.
An electrode 107 is disposed on the upper surface of the optical waveguide laminate 10. The electrode 107 can be used, for example, for mounting a light receiving element that receives light reflected upward by a boundary surface between the cut 27 and the core 4 or a reflective member inserted into the cut 27.
[0022]
The cut 28 is formed here by holding both the spindle and the polymer optical waveguide device horizontally. However, the polymer optical waveguide device may be inclined at a constant angle with respect to the horizontal direction to form an inclined end surface similar to the end surface 25 and the cut 26. After the cuts 28 are formed, the layers from the lower cladding 3 formed in the region 20 to the protective layer are peeled off and removed to expose the upper surface of the substrate.
The V groove 21 is a groove having a depth of about 100 μm formed by anisotropic etching of the substrate 1 and has a V-shaped cross section. The V-groove 21 is for mounting an optical fiber. The depth and width of the V-groove 21 are designed so as to be aligned with the core 4 when an optical fiber having a predetermined diameter is mounted. Therefore, for example, when a light emitting element is mounted on the electrode 7, the light emitted from the light emitting element enters the core 4, propagates through the core 4, is emitted from the core 4, and is mounted in the V groove 21. It enters the optical fiber with high efficiency. In addition, when the light receiving element is mounted on the electrode 107, when the light propagating through the optical fiber is emitted from the optical fiber, the light is incident on the core 4 with high efficiency and propagates. 4 is reflected upward by the reflecting member inserted in the boundary surface with the slit 4 or the cut 27 and received by the light receiving element.
[0023]
Next, the wafer-like substrate 1 is cut by dicing to cut it into strips, and the strip-like substrate 1 is cut by dicing into individual polymer optical waveguide devices 100 to complete the polymer optical waveguide device 100. The procedure of the dicing process for cutting the substrate 1 is not limited to this procedure, and the polymer optical waveguide device 100 can be formed by dicing in a mesh shape vertically and horizontally.
Although the core 4 of the optical waveguide laminate of this embodiment has a linear shape, the shape of the core 4 of the optical waveguide laminate 10 is not limited to a linear shape according to the function required as a polymer optical waveguide device, and y-branch. Or a desired shape such as an x-type. Moreover, it is also possible to make it the structure provided with two or more V-groove 21, the electrode 7, and the electrode 107 according to the shape of a core.
[0024]
In addition, the polymer optical waveguide device 100 manufactured in this way has all the layers from the lower clad 3 to the upper clad 5 made of polyimide resin, and thus has a high Tg and excellent heat resistance. Therefore, the polymer optical waveguide device 100 of the present embodiment can maintain the propagation characteristics even when the temperature becomes high. In addition, since the polyimide resin can withstand high temperature processes such as soldering, it is possible to solder another polymer optical waveguide, an electric circuit element, and a light emitting element on the polymer optical waveguide.
[0025]
In the present invention, the polymer optical waveguide device refers to a substrate, an inorganic material such as glass or quartz, a semiconductor such as silicon, gallium arsenide, aluminum or titanium, a metal material, a polymer material such as polyimide or polyamide, or these. Using a composite material of these materials, an optical waveguide is provided on these substrates, and further, an optical multiplexer, an optical waveguide, an optical attenuator, an optical diffractor, an optical amplifier, an optical interferometer, An optical filter, an optical switch, a wavelength converter, a light emitting element, a light receiving element, or a combination of these is formed. A semiconductor device such as a light emitting diode or a photodiode or a metal film may be formed on the substrate, and a silicon dioxide film is formed on the substrate as described above for the purpose of protecting the substrate or adjusting the refractive index. Alternatively, a film of silicon nitride, aluminum oxide, aluminum nitride, tantalum oxide, or the like may be formed.
[0026]
In addition, any polymer can be used for forming the optical waveguide (core and clad), but specific examples include polyimide resins (eg, polyimide resins, poly (imide / isoindoloquinazolinedione imide)). Resin, polyetherimide resin, polyetherketone resin, polyesterimide resin, etc.), silicone resin, acrylic resin, polystyrene resin, polycarbonate resin, polyamide resin, polyester resin, phenolic resin, polyquinoline resin, Polyquinoxaline-based resin, polybenzoxazole-based resin, polybenzothiazole-based resin, polybenzimidazole-based resin, and resin for photobleaching (for example, silicone resin having polysilane and nitrone compound described in JP-A-2001-296438) Polymethylmethacrylate containing DMAPN {(4-N, N-dimethylaminophenyl) -N-phenylnitrone}, dye polymer, polyimide resin or epoxy resin containing nitrone compound, JP 2000-66051 A Hydrolyzable silane compounds described in Japanese Patent Publication No. The resin may have a fluorine atom. Preferred examples of the polymer include polyimide resins because of their high glass transition temperature (Tg) and excellent heat resistance, and among these, fluorinated polyimide resins are particularly preferred.
[0027]
Example
Next, the method for producing the polymer optical waveguide device of the present invention will be described more specifically.
[Process for forming V-groove for mounting optical fiber on substrate]
Here, a silicon wafer having a diameter of about 12.7 cm is prepared as the substrate 1, and a large number of the structures in FIG. 1 are arranged on the substrate 1 in the vertical and horizontal directions. The optical waveguide device 100 is separated. Thereby, many polymer optical waveguide devices 100 of FIG. 1 can be mass-produced. Therefore, film formation, patterning, and the like are performed on the entire wafer-like substrate 1 at a time.
First, after a silicon dioxide layer is formed on the entire upper surface of the wafer-like substrate 1 by a thermal oxidation method, a vapor deposition method, or the like, the V-groove 21 is formed by wet etching utilizing the anisotropy of photolithography and silicon single crystal. Are formed.
[0028]
A metal film is formed on the wafer-like substrate 1 and patterned to form the electrode 7 of FIG. Thus, a large number of V grooves 21 and electrodes 7 are arranged on the wafer-like substrate 1.
Next, an organic zirconium compound layer is formed on the entire wafer-like substrate 1. On this organic zirconium compound layer, a fluorine-free resin layer-forming composition is applied by spin coating, the resulting coating film is heated to evaporate the solvent, and further heated to be cured to obtain fluorine. A resin layer containing no is formed. The spin coating conditions are controlled so that the thickness of the resin layer not containing fluorine is 0.23 μm.
Next, on the upper surface of the wafer-like substrate 1, a resin layer containing no fluorine and an organic zirconium are formed on the

portions

20 and 30 where the optical waveguide laminate 10 is not disposed in the completed polymer optical waveguide device. Remove the compound layer. Since the wafer-like substrate 1 is manufactured by arranging the polymer optical waveguide devices in the vertical and horizontal directions, the region 20 and the region 30 on the upper surface of the wafer-like substrate 1 are band-like on both sides of the optical waveguide laminate 10. It is a part of. By removing the fluorine-free resin layer and the organic zirconium compound layer from the band-shaped portion, the lower cladding 3 is easily peeled off from the substrate 1 at the band-shaped portion. The optical waveguide laminate 10 can be peeled off from the

portions

20 and 30 in a strip shape and removed.
[0029]
A method for removing the fluorine-free resin layer and the organic zirconium compound layer from the

regions

20 and 30 on the substrate 1 will be specifically described.
First, a resist solution is spin-coated on the entire surface of the wafer-like substrate 1 and dried at 100 ° C. to form a resist film. Thereafter, the image of the photomask is exposed with a mercury lamp. The photomask is formed so that the resist film remains only in the portion where the optical waveguide laminate 10 is to be formed. Thereafter, the resist film is developed. As a result, not only the resist film but also the resin layer not containing fluorine is wet-etched, and both of them can be almost removed.
Thereafter, the organic zirconium compound layer is removed by wet etching using hydrofluoric acid or reactive ion etching. Since the organic zirconium compound layer is very thin, the layer inside the V groove 21 can also be removed by wet etching or reactive ion etching. Finally, the resist film is removed.
[0030]
[Process of forming the lower cladding 3 on the substrate]
Next, the first polyimide resin film forming composition (that is, the lower clad 3 forming composition) is spin-coated on the entire upper surface of the wafer-like substrate 1 to form a material solution film. This is heat-cured to form a lower cladding 3 having a thickness of 6 μm.
[0031]
[Process of forming the core 4 on the lower clad 3]
On the lower clad 3, the above-mentioned second polyimide resin film forming composition for the core is spin-coated to form a material solution film. This is heat-cured to form a second polyimide resin film having a thickness of 6.5 μm that becomes the core 4.
[0032]
Next, a silicon-containing resist layer (usually about 1 μm in thickness) is provided on the second polyimide resin film (that is, the layer to be the core 4), and the resist layer has a desired core 4 pattern. A resist pattern is formed by exposure and development through a mask.
Using the resist pattern as an etching mask, the resin layer to be the core 4 is etched to form a desired core 4. Etching is performed by reactive ion etching (O 2) using oxygen ions using a resist pattern as an etching mask. ₂ -RIE). Thereby, a large number of polymer optical waveguide devices can be arranged on the substrate 1 and formed at a time.
[0033]
[Process for forming upper clad 5 and protective layer]
Next, the first polyimide resin film-forming composition is spin-coated so as to cover the core 4 and the lower clad 3. The obtained material solution film is heated and cured to form the upper clad 5 of the first polyimide resin film. Further, a polyimide resin film-forming composition containing no fluorine is spin coated on the upper surface of the upper clad 5 and heated and cured, so that the thickness of the end portion away from the core 4 is approximately 5 μm. A protective layer for the polyimide resin film containing no fluorine is obtained.
[0034]
[Step of forming end face 25 and cut 26]
Cutting for forming the end face 25 and the cut 26 was performed as follows. As shown in FIG. 3, the spindle provided with the blade of the metal resin 1700 was held in the horizontal direction, and the polymer optical waveguide device formed as described above was held at an angle of 8 degrees with respect to the horizontal direction. The polymer part (about 30 μm thickness) was cut in the first cutting step, and the substrate (about 1000 μm thickness) was cut into the depth of about 100 μm from the substrate surface in the second cutting step.
Other cutting conditions are as follows. About 1.0 L / min of blade cooler water and about 0.5 L / min of shower water were supplied. The blade thickness was about 50 μm, the processing speed was about 2 mm / second, and the blade rotation speed was 30,000 rpm.
[0035]
Next, each layer from the lower clad 3 formed in the region 30 to the protective layer was peeled off and removed. That is, in the previous step, since the organic zirconium compound layer and the fluorine-free resin layer are removed from the upper surface of the substrate 1 in the region 30, the adhesion between the lower cladding 3 and the substrate 1 is small in the region 30. . Therefore, each layer between the lower clad 3 and the protective layer mounted on the region 30 can be easily peeled from the wafer-like substrate 1 in a band shape by making the cuts 26. As a result, in the wafer-like substrate 1, the substrate upper surface (silicon dioxide layer) was exposed in the region 30.
The surface roughness Ra of the optical waveguide laminate end face 25 of the optical waveguide laminate was 0.02 μm, and the angular accuracy was 8 ° ± 1 °. Since the cutting surface is optically smooth, polishing for finishing is unnecessary.
[0036]
[Step of forming cuts 27 and 28]
The cuts 27 were formed by performing the same process as the cuts 26 so as to be inclined at about 30 ° with respect to the normal direction of the substrate 1. The width t of the gap of the notch 27 was about 23 μm.
Further, both the spindle and the polymer optical waveguide device were held horizontally, and a cut 28 was formed at a depth of about 150 μm between the polymer portion and the substrate.
[0037]
[Process of forming polymer optical waveguide device 100]
Next, the wafer-like substrate 1 was cut by dicing to cut out into strips, and the strip-like substrate 1 was cut into individual polymer optical waveguide devices 100 by dicing to complete the polymer optical waveguide device 100. .
[0038]
Example 2
As shown in Table 1, the cutting conditions were changed to obtain a polymer optical waveguide device having an inclined core end face in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the cutting conditions of the end face 25 and the cut 26 and the value of the surface roughness Ra of the obtained core end face.
[0039]
Comparative Examples 1-3
In the first embodiment, the spindle is held in the horizontal direction, while the polymer optical waveguide device is held at an angle of 8 degrees, and the polymer portion and the substrate portion are cut at one time to form the core end face 25 and the cut 26. A polymer optical waveguide device was produced. Table 1 shows the cutting conditions of the end face 25 and the cut 26 and the value of the surface roughness Ra (μm) of the obtained core end face.
[0040]
[Table 1]

[0041]
The above results indicate that the method of the present invention can form an inclined core end face having higher smoothness than the conventional method without a polishing step. Although it was expected that the processing time was increased and the surface roughness Ra was reduced when the processing speed was slowed down, but in practice, Ra was increased (0.01 μm → 0.02 μm) when the processing speed was slowed down. This is considered to be due to the influence of the generation of Si pieces and the like.
Moreover, although the total processing time of what was processed once at the processing speed of 2 mm / s (Comparative Example 1) and that processed twice at the processing speed of 5 mm / s (Example 2) is substantially the same length, It can be seen that the surface roughness Ra of the obtained end face was clearly smaller in the two-time processing (Example 2) and a smooth surface was obtained. Therefore, it is considered that the surface roughness Ra of the end face does not depend on the total processing time but is improved by processing in two steps.
[0042]
In this specification, “surface roughness Ra” is measured in accordance with JIS-B0601-1994, and specific conditions are as follows.
measuring device:
Mitutoyo Surf Test SV-402
Measurement condition:
1) Cut-off value: 0.25mm
2) Evaluation length: 1.25mm
Test piece preparation and measurement method:
1) Cut by cutting to the bottom of the substrate by the second dicing.
2) Place the above-mentioned test piece and measuring device (portable type) on a metal microscope, and measure with a measuring probe on the cut surface (polymer cross section) of the core.
[0043]
【The invention's effect】
By the method of the present invention, a polymer optical waveguide device having an inclined core end face with a small surface roughness and a small reflection attenuation of propagating light can be easily manufactured. Further, according to the method of the present invention, it is possible to easily form an inclined core end face having a smooth end face having a surface roughness as obtained when mirror polishing is performed without passing through a polishing step.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing one embodiment of a polymer optical waveguide device manufactured by the method of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of the polymer optical waveguide device of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: silicon substrate, 2: silicon dioxide layer, 3: lower clad, 4: core, 5: upper clad, 7 and 107: electrode, 10: optical waveguide laminate, 20: optical fiber mounting region, 21: V groove, 25: end face of optical waveguide laminate, 26-28: notch, 30: electrode mounting region.

Claims

シリコン基板上に設けられたポリマー光導波路積層体を、前記基板に対し傾斜して配置されたスピンドルの主軸に取り付けられたブレードによって切削する、傾斜したコア端面を有するポリマー光導波路デバイスの製造方法であって、
（１）前記ブレードによりポリマー光導波路積層体のみを、少なくともコアを切断するまで切削する第１切削ステップ、
（２）第１切削ステップ後に、第１切削ステップによる切削線に沿って前記ブレードを再度入れて前記基板の一部を切削する第２切削ステップ、
を有することにより、ポリマー部と基板部とを２回以上に分けて切削することを特徴とするポリマー光導波路デバイスの製造方法。A method of manufacturing a polymer optical waveguide device having an inclined core end face, wherein a polymer optical waveguide laminate provided on a silicon substrate is cut by a blade attached to a main shaft of a spindle arranged to be inclined with respect to the substrate. There,
(1) a first cutting step of cutting only the polymer optical waveguide laminate with the blade until at least the core is cut;
(2) after the first cutting step, a second cutting step of cutting a portion of the substrate to put the blade again along the cutting line by first cutting step,
A method of manufacturing a polymer optical waveguide device, comprising: cutting a polymer portion and a substrate portion in two or more steps.

該基板と該スピンドルの主軸が５〜４０度の角度で傾斜して配置される、請求項１に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the main axis of the substrate and the spindle are arranged at an angle of 5 to 40 degrees.

該コア端面の表面粗さＲａが０．０１〜０．０２μｍである、請求項１または２に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein the core end face has a surface roughness Ra of 0.01 to 0.02 µm.

該スピンドルの主軸が水平方向に保持されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein a spindle of the spindle is held in a horizontal direction.

該ポリマーがフッ素化ポリイミドである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the polymer is a fluorinated polyimide.