JPH05155636A - Method for forming quartz glass waveguide - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To easily form a good glass film at a low cost on a substrate of silicon, etc., when a quartz glass waveguide is formed. CONSTITUTION:When a quartz glass waveguide is formed on a substrate, a quartz glass obtained by the sol-gel method is mixed into a binder to prepare a paste (ST1), the paste is made into a ribbon of desired thickness by the roll press (ST2), the ribbon is placed on the substrate (ST3), dried (ST4) to liberate the binder, sintered to form a porous glass-film glass layer (ST5) and further heated and melted to form a glass film on the substrate (ST6).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は石英系ガラス導波路作製
方法に係り、特に基板上に石英ガラスの導波路を形成す
る導波路形成方法に関する。光通信の発達に伴い、光導
波路を基本構造とし、様々な機能を持った素子を組み合
わせた光ＩＣの要望が大きい。その中でも石英系ガラス
を用いた光受動部品は加入者網を光化する時に必須のデ
バイスである。それには光部品の小型化、高密度化、複
合化、低コスト化が求められる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a silica glass waveguide, and more particularly to a method of forming a silica glass waveguide on a substrate. Along with the development of optical communication, there is a great demand for an optical IC having an optical waveguide as a basic structure and combining elements having various functions. Above all, optical passive components using quartz glass are indispensable devices when opticalizing the subscriber network. For that purpose, miniaturization, high density, composite, and cost reduction of optical components are required.

【０００２】ここで、数千万の加入者に対応するために
は、特に低コスト化を計ることが最も重要な課題であ
る。[0002] Here, in order to support tens of millions of subscribers, cost reduction is the most important issue.

【０００３】[0003]

【従来の技術】光ＩＣを構成するためには、基本構造と
して、光を導く光導波路を作製する必要がある。この光
導波路の作製方法として従来以下の方法がある。 （１）イオン交換ガラス導波路作製方法 この方法は、基板上のガラス膜に外部から他のイオンを
相互拡散させ、部分的に屈折率を増加させ、導波路を形
成する方法である。2. Description of the Related Art In order to construct an optical IC, it is necessary to manufacture an optical waveguide for guiding light as a basic structure. As a method of manufacturing this optical waveguide, there are conventionally the following methods. (1) Ion-exchange glass waveguide manufacturing method This method is a method for forming a waveguide by partially diffusing other ions from the outside into the glass film on the substrate to partially increase the refractive index.

【０００４】交換するイオンとしては、Ｋ⁺ ，Rb⁺ ，Cs
⁺ ，Tl⁺ ，Ag⁺ 等を用いる。 （２）スパッタガラス導波路作製方法 高周波スパッタリングにより薄膜導波路を作製する方法
である。導波路薄膜には硼硅酸ガラス等が用いられ、基
板には石英ガラス、パイレックス、Si/S基板等がもちい
られる。 （３）ＣＶＤガラス導波路作製法 （ａ）火炎推積法 光ファイバ製造に使用される技術の応用であり、SiC
l₄ ，TiCl₄ を主成分とする混合ガスを酸化させ、微粉
末にして、基板状に推積させる。その後熱処理してガラ
ス化して導波路を作製するものである。屈折率は原料ガ
ラスの組成、モードは推積量により制御する。The ions to be exchanged are K ⁺ , Rb ⁺ , Cs
^{Use +} , Tl ⁺ , Ag ^+, etc. (2) Method for producing sputtered glass waveguide This is a method for producing a thin film waveguide by high frequency sputtering. Borosilicate glass or the like is used for the waveguide thin film, and quartz glass, Pyrex, Si / S substrate or the like is used for the substrate. (3) CVD glass waveguide fabrication method (a) Flame deposition method This is an application of the technology used to manufacture optical fibers.
A mixed gas containing l ₄ and TiCl ₄ as main components is oxidized into fine powder and deposited on a substrate. Then, it is heat-treated and vitrified to produce a waveguide. The refractive index is controlled by the composition of the raw material glass, and the mode is controlled by the accumulated amount.

【０００５】（ｂ）熱ＣＶＤ・プラズマＣＶＤ法 半導体デバイス作製プロセスの応用であり、熱、プラズ
マによるＣＶＤ法であり、S₃N₄薄膜を作製するものであ
る。S₃N₄は比較的高い屈折率を有し、低損失な導波路に
なる。 （ｃ）レーザＣＶＤ法 レーザ光挿引により薄膜を基板上に選択形成してチャネ
ル導波路を作製する方法である。 （４）ゾル−ゲル法による導波路作製方法 出発原料として金属アルコキシドを用い、加水分解、縮
重合反応を経てゲルを作製する。(B) Thermal CVD / plasma CVD method This is an application of a semiconductor device manufacturing process, is a CVD method using heat and plasma, and is for manufacturing an S ₃ N ₄ thin film. S ₃ N ₄ has a relatively high refractive index and becomes a low loss waveguide. (C) Laser CVD method This is a method of forming a channel waveguide by selectively forming a thin film on a substrate by laser beam insertion. (4) Waveguide Preparation Method by Sol-Gel Method Using a metal alkoxide as a starting material, a gel is prepared through hydrolysis and polycondensation reaction.

【０００６】そして、図４（１）に示すように、溢れ止
めの仕切り板１１を設けると共にグリース等の剥離剤を
塗った基板１２に、図４（２）に示すように、このゲル
をディッピング等で塗布したのち、図４（３）に示すよ
うに、乾燥し、図４（４）に示すように焼結してガラス
薄膜を作製する方法である。本方法によれば、融液状態
を経ることなくガラス薄膜を作製することができる。Then, as shown in FIG. 4 (1), a partition plate 11 for preventing overflow is provided and a substrate 12 coated with a release agent such as grease is dipped with this gel as shown in FIG. 4 (2). After coating with a coating solution, etc., it is dried as shown in FIG. 4 (3) and sintered as shown in FIG. 4 (4) to produce a glass thin film. According to this method, a glass thin film can be produced without going through a melt state.

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで上述した各導
波路作製方法には以下に示す不具合があった。 （１）イオン交換ガラス導波路作製方法 基板に多成分ガラスを用いるため、ガラスファイバに接
合するとき、整合性、安定性に問題画ある。また素子を
集積化するときにはシリコン等の基板を用いる必要があ
るが、本方法はシリコンウエハには適用できない。 （２）スパッタガラス導波路作製方法 ガラス膜厚が１μｍ程度のものしか使用できないため、
厚膜を作製することができない。 （３）ＣＶＤガラス導波路作製方法 火炎推積法による導波路作製法は膜厚、屈折率等を制御
でき、良好なガラス膜を形成できるが、装置のコストが
高く、また作製にノウハウが必要であるため、製品価格
が上昇してしまうという問題がある。 （４）ゾルゲル法による導波路作製方法 ゲルを乾燥するときに図４（３）、（４）に示すよう
に、大幅に体積の減縮を生じるため、基板に剥離剤をコ
ートしておいてもクラックが生じたり、剥げたりすると
いう問題がある。However, each of the above-mentioned waveguide manufacturing methods has the following drawbacks. (1) Ion-exchange glass waveguide manufacturing method Since multi-component glass is used for the substrate, there are problems in matching and stability when bonded to a glass fiber. Moreover, when integrating the elements, it is necessary to use a substrate such as silicon, but this method cannot be applied to a silicon wafer. (2) Sputtered glass waveguide manufacturing method Since only a glass film thickness of about 1 μm can be used,
Thick films cannot be produced. (3) CVD glass waveguide manufacturing method The waveguide manufacturing method by the flame deposition method can control the film thickness, the refractive index, etc., and can form a good glass film, but the cost of the device is high and the manufacturing know-how is required. Therefore, there is a problem that the product price increases. (4) Waveguide production method by sol-gel method As shown in FIGS. 4 (3) and 4 (4), when the gel is dried, the volume is greatly reduced, and thus the substrate may be coated with a release agent. There are problems such as cracking and peeling.

【０００８】そこで、本発明はシリコン等の基板に良好
なガラス膜を低コストで容易に形成することができる石
英系ガラス導波路作製方法を提供することを目的とす
る。Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing a silica-based glass waveguide, which can easily form a good glass film on a substrate such as silicon at low cost.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記の
課題を解決するための手段は、図１に示すように、基板
上に石英系ガラス導波路を作製するに際して、ゾルゲル
法で獲られた石英系ガラス粉末をバインダーに混合して
ペーストとし（ＳＴ１）、ペーストをロールプロセス法
で必要厚さのリボンとし、上記リボンを基板に乗せ、
（ＳＴ２）、乾燥して（ＳＴ３）、バインダを飛散さ
せ、多孔質ガラス膜ガラス層を形成すべく焼結し（ＳＴ
４）、更に加熱溶融してガラス膜を作製する（ＳＴ５）
ことである。According to the present invention, as a means for solving the above-mentioned problems, as shown in FIG. 1, when a silica glass waveguide is formed on a substrate, a sol-gel method is used. The obtained silica glass powder is mixed with a binder to form a paste (ST1), the paste is formed into a ribbon having a required thickness by a roll process method, and the ribbon is placed on a substrate.
(ST2), drying (ST3), scattering the binder, and sintering to form a porous glass film glass layer (ST
4) Further, heating and melting are performed to produce a glass film (ST5).
That is.

【００１０】[0010]

【作用】本発明によれば、ゾルゲル法により作製した石
英ガラス粉末を用いるから、必要な屈折率を得るため
に、所望の原料を配合することができる。また、粉末を
バインダーに混合したペーストをロールプロセス法で必
要な厚みのリボンとし、このリボンを基板に乗せること
としているから、必要な光導波路にあわせて、リボンの
厚みを調整することができる。According to the present invention, since silica glass powder produced by the sol-gel method is used, desired raw materials can be blended in order to obtain a required refractive index. In addition, since the paste obtained by mixing the powder with the binder is formed into a ribbon having a required thickness by the roll process and the ribbon is placed on the substrate, the thickness of the ribbon can be adjusted according to the required optical waveguide.

【００１１】更に、一旦乾燥してバインダーを飛散させ
て多孔質ガラス層を形成する程度に焼結し、これを加熱
溶融するという単純な方法を採用しているから低コスト
の製造設備で製造することができ、光ＩＣを安価に大量
に生産することができる。Furthermore, since a simple method of once drying, sintering the binder to scatter the binder to form a porous glass layer, and then heating and melting this is adopted, it is manufactured by a low-cost manufacturing facility. Therefore, optical ICs can be mass-produced at low cost.

【００１２】[0012]

【実施例】以下本発明に係る石英ガラス系光導波路の実
施例について図面に基づいて説明する。本実施例におい
ては、図３（４）に示す、加入者系のカプラーを作製す
るものとする。この例では入力した１つの光信号を８つ
の光信号に分岐させる１×８スプリッタモジュール２０
である。先ず基板を作製するため、シリコンウエハ２１
を酸化してバッファ層２２を形成する。そして本発明に
係る方法によってガラス薄膜２３を形成する。Embodiments of the silica glass optical waveguide according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In this embodiment, a subscriber-type coupler shown in FIG. 3 (4) is manufactured. In this example, a 1 × 8 splitter module 20 that splits one input optical signal into eight optical signals
Is. First, in order to manufacture a substrate, a silicon wafer 21
Is oxidized to form the buffer layer 22. Then, the glass thin film 23 is formed by the method according to the present invention.

【００１３】本実施例では、ゾルゲル法によって粉末を
作製する。出発原料として金属アルコキシドを用い、加
水分解、縮重合反応を経てゲルを作製する。この処理か
ら得られた粉末にポリスチロール、エチレンビニルポリ
マ等の熱可塑性樹脂をバインダーとして用い、ベルト状
に成形する。そして、このベルトを図２に示すように、
ロールプロセス法により必要な厚さのリボンとする。こ
のロールプロセス法は、ドクターブレード法に比べて高
い圧力下で成形を行うため５０％〜７０％の成形体密度
を得ることができ、収縮率を少ないものとすることがで
きるため変形が少なく、バインダー量も少ないものとす
ることができる。In this embodiment, powder is produced by the sol-gel method. A metal alkoxide is used as a starting material, and a gel is produced through hydrolysis and polycondensation reaction. The powder obtained from this treatment is molded into a belt using a thermoplastic resin such as polystyrene or ethylene vinyl polymer as a binder. Then, as shown in FIG.
A ribbon having a required thickness is formed by a roll process method. Compared with the doctor blade method, this roll process method performs molding under a higher pressure, so that a molded body density of 50% to 70% can be obtained, and the shrinkage rate can be reduced, which results in less deformation, The amount of binder can also be small.

【００１４】このロールプロセス法は、上記のベルト状
の素材をこのベルト３１を２本のロール３２、３３の間
を所定回数通過させ、必要とする膜厚をもったリボンと
する。ここで、ロールには冷却水を流し、常に一定温度
を保用にしている。そして作製した薄膜を基板の上に乗
せて乾燥させる。この乾燥は室温で２〜３日をかけ、で
きるだけ時間をかけて行う。In the roll process method, the belt-shaped material is passed through the belt 31 between the two rolls 32 and 33 a predetermined number of times to form a ribbon having a required film thickness. Here, cooling water is flown through the rolls to keep a constant temperature. Then, the produced thin film is placed on the substrate and dried. This drying is performed at room temperature for 2 to 3 days and for as long as possible.

【００１５】次に、薄膜を付けた基板を、電気炉で３０
０℃〜７００℃に加熱してバインダーを飛散させ、１１
００℃で５時間焼成して多孔質ガラスとする。更に、こ
の基板を酸素−水素ガスバーナで加熱して多孔質ガラス
を溶解して導波路となるガラス薄膜を成形する。次に、
この基板に導波路形成用のパターンを有するマスクをか
け、ドライエッチングを行い、図３（２）に示すよう
に、チャネル型導波路を形成する。。Next, the substrate on which the thin film is attached is placed in an electric furnace for 30 minutes.
The binder is scattered by heating at 0 ° C to 700 ° C.
It is fired at 00 ° C. for 5 hours to obtain a porous glass. Further, this substrate is heated with an oxygen-hydrogen gas burner to melt the porous glass and form a glass thin film to be a waveguide. next,
A mask having a waveguide forming pattern is applied to this substrate and dry etching is performed to form a channel type waveguide as shown in FIG. .

【００１６】更に、この基板に、図３（３）に示すよう
に屈折率の異なるガラス薄膜を上述の方法で形成してク
ラッド層とする。これにより、目的とする、１×８スプ
リッタモジュール２０が作製される。尚、図３（１）乃
至（３）は図３（４）のＩ−Ｉ線に相当する断面図であ
る。Further, as shown in FIG. 3C, glass thin films having different refractive indexes are formed on this substrate by the above-mentioned method to form a clad layer. As a result, the desired 1 × 8 splitter module 20 is manufactured. 3 (1) to 3 (3) are sectional views corresponding to the line I-I in FIG. 3 (4).

【００１７】[0017]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ゾルゲル法により作製した石英ガラス粉末を用いるか
ら、必要な屈折率を得るために、所望の原料を配合する
ことができるし、粉末をバインダーに混合したペースト
をロールプロセス法で必要な厚みのリボンとし、このリ
ボンを基板に乗せることとしているから、必要な光導波
路にあわせて、リボンの厚みを調整することができる。As described above, according to the present invention,
Since silica glass powder produced by the sol-gel method is used, in order to obtain the required refractive index, it is possible to mix the desired raw materials, and a paste obtained by mixing the powder with a binder is used to form a ribbon with the required thickness by the roll process method. Since the ribbon is placed on the substrate, the ribbon thickness can be adjusted according to the required optical waveguide.

【００１８】また、一旦乾燥してバインダーを飛散させ
て多孔質ガラス層を形成する程度に焼結し、これを加熱
溶融するという単純な方法を採用しているから低コスト
の製造設備で製造することができ、光ＩＣを安価に大量
に生産することができるという効果を奏する。Further, since a simple method of once drying and sintering the binder to scatter the binder to form a porous glass layer and then heating and melting this is adopted, it is manufactured by a low-cost manufacturing facility. Therefore, it is possible to mass-produce the optical ICs at low cost.

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

【図１】本発明の原理を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the principle of the present invention.

【図２】本発明の実施例で使用するロールプロセス法を
示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a roll process method used in an example of the present invention.

【図３】本発明に係る石英系ガラス導波路作製方法によ
り１×８スプリッタモジュールを作製する手順を示す図
である。FIG. 3 is a diagram showing a procedure for producing a 1 × 8 splitter module by the method for producing a silica-based glass waveguide according to the present invention.

【図４】従来の技術の一例であるゾルゲル法の例を示す
図。FIG. 4 is a diagram showing an example of a sol-gel method, which is an example of a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

２０ １×８スプリッタモジュール ２１ シリコンウエハ ２２ バッファ層 ３１ ベルト ３２ ロール ３３ ロール 20 1 × 8 splitter module 21 Silicon wafer 22 Buffer layer 31 Belt 32 Roll 33 Roll

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 基板上に石英系ガラス導波路を作製する
に際して、 ゾルゲル法で獲られた石英系ガラス粉末をバインダーに
混合してペーストとし（ＳＴ１）、 ペーストをロールプロセス法で必要厚さのリボンとし
（ＳＴ２）、上記リボンを基板に乗せ（ＳＴ３）、 乾燥して（ＳＴ４）バインダーを飛散させ、多孔質ガラ
ス膜ガラス層を形成すべく焼結し（ＳＴ５） 、 更に加熱溶融して基板上にガラス膜を作製する（ＳＴ
６）ことを特徴とする石英系ガラス導波路作製方法。1. When manufacturing a silica glass waveguide on a substrate, silica glass powder obtained by the sol-gel method is mixed with a binder to form a paste (ST1), and the paste is formed by a roll process method to a required thickness. A ribbon is formed (ST2), the ribbon is placed on a substrate (ST3), dried (ST4) to scatter the binder, and sintered to form a porous glass film glass layer (ST5). Fabricate a glass film on top (ST
6) A method for producing a silica glass waveguide, which is characterized in that 【請求項２】 基板はシリコンウエハであることを特徴
とする請求項１記載の石英系ガラス導波路作製方法。2. The method for producing a silica-based glass waveguide according to claim 1, wherein the substrate is a silicon wafer. 【請求項３】 基板は石英ガラス板であることを特徴と
する請求項１記載の石英系ガラス導波路作製方法。3. The method for producing a silica glass waveguide according to claim 1, wherein the substrate is a silica glass plate.