JP2005106861A - High polymer optical waveguide device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は高分子光導波路デバイス及びその製造方法に係り、特に、積層技術及びフォトリソグラフィー技術を使用して高分子材料製の光導波路を形成してなる高分子光導波路デバイス及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a polymer optical waveguide device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a polymer optical waveguide device formed by forming an optical waveguide made of a polymer material using a lamination technique and a photolithography technique, and a manufacturing method thereof.
高分子光導波路デバイスは、積層技術及びフォトリソグラフィー技術を使用して製造される。この高分子光導波路デバイスは、高分子材料の積層構造であること、及び製造工程において繰り返し加熱されること等に起因して、内部に応力が残留し易い。内部応力が存在していると、高分子光導波路デバイスは、偏光依存性損失が大きい、温湿度サイクルのような環境変化が繰り返されるとクラックが発生して寿命となってしまう等の問題が起きる。 The polymer optical waveguide device is manufactured using a lamination technique and a photolithography technique. In this polymer optical waveguide device, stress is likely to remain inside due to a laminated structure of polymer materials and repeated heating in the manufacturing process. When internal stress is present, polymer optical waveguide devices suffer from problems such as large polarization-dependent loss, and cracking and lifetime due to repeated environmental changes such as temperature and humidity cycles. .
図4は従来の1例の高分子光導波路デバイス1を示す。高分子光導波路デバイス1は、シリコン基板2の上面に、シリコン系材料製の応力緩和層3を有し、この応力緩和層3上に高分子光導波路4を有し、この高分子光導波路4が、高分子材料製の下部クラッド層5と高分子材料製のコア6とコアを覆う高分子材料製の上部クラッド層7とよりなる構造である構成である。
FIG. 4 shows an example of a conventional polymer
応力緩和層3が所定範囲内で変形することが可能である構成であるため、下部クラッド層5及び上部クラッド層7は応力緩和層3の変形を伴って歪むことが可能である。よって、高分子光導波路4内の応力が、応力緩和層3が存在してない構成に比べて、低減されて緩和されている。
応力緩和層3は高分子光導波路4内に残留する応力を緩和することが可能ではあるけれども、高分子光導波路4内に残留する応力を無くすることは出来ない。よって、図4の高分子光導波路デバイス1は、偏光依存性損失を十分に小さくすることが難しかった。
Although the stress relaxation layer 3 can relieve the stress remaining in the polymer optical waveguide 4, the stress remaining in the polymer optical waveguide 4 cannot be eliminated. Therefore, it was difficult for the polymer
そこで、本発明は、高分子光導波路内の残留応力を相殺するようにして上記課題を解決した高分子光導波路デバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a polymer optical waveguide device that solves the above-described problems by canceling out residual stress in the polymer optical waveguide and a method for manufacturing the same.
そこで、上記課題を解決するため、本発明は、基板上に、高分子材料製の高分子光導波路を有する高分子光導波路デバイスにおいて、
該基板の上面と該高分子光導波路との間に、該高分子光導波路に発生している応力と反対方向の応力を発生する中間層を有する構成としたことを特徴とする。
Therefore, in order to solve the above problems, the present invention provides a polymer optical waveguide device having a polymer optical waveguide made of a polymer material on a substrate.
The present invention is characterized in that an intermediate layer that generates stress in a direction opposite to the stress generated in the polymer optical waveguide is provided between the upper surface of the substrate and the polymer optical waveguide.
上述の如く、本発明によれば、基板の上面と該高分子光導波路との間に、高分子光導波路に発生している応力と反対方向の応力を発生する中間層を有する構成ため、高分子光導波路に発生している応力が中間層に発生している応力によって相殺され、高分子光導波路内の応力が軽減、望ましくは零とされ、偏光依存性損失を十分に小さくすることが可能となり、且つ、温湿度サイクルのような環境変化が繰り返される状況においてもクラックが発生し難くなって、寿命を長くすることが出来る。 As described above, according to the present invention, the intermediate layer that generates stress in the direction opposite to the stress generated in the polymer optical waveguide is provided between the upper surface of the substrate and the polymer optical waveguide. The stress generated in the molecular optical waveguide is offset by the stress generated in the intermediate layer, and the stress in the polymer optical waveguide is reduced, preferably zero, so that the polarization-dependent loss can be sufficiently reduced. In addition, even in a situation where environmental changes are repeated, such as a temperature and humidity cycle, cracks are less likely to occur and the life can be extended.
次に本発明の実施の形態について説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described.
図1は本発明の実施例1になるY分岐高分子光導波路デバイス10を示す。z1−z2は長手方向、x1−x2は幅方向、y1−y2は厚さ方向である。Y分岐高分子光導波路デバイス10は、長尺形状のシリコン基板11の上面に、中間層としての厚さtの無機酸化物であるSiO2層12を有し、このSiO2層12上にY分岐高分子光導波路13を有し、この高分子光導波路13が、下部クラッド層14とY分岐コア15とY分岐コアを覆う上部クラッド層16とよりなる構造で構成される。下部クラッド層14、上部クラッド層16及びコア15は例えばフッ素化ポリイミド樹脂である。コア15のフッ素化ポリイミド樹脂は、屈折率が下部クラッド層14及び上部クラッド層16のフッ素化ポリイミド樹脂の屈折率よりも高い。SiO2層12はシリコン基板11に密着しており、下部クラッド層14はSiO2層12に密着している。SiO2層12、下部クラッド層14及び上部クラッド層16は、一体的である。
FIG. 1 shows a Y-branched polymer
なお、Y分岐高分子光導波路デバイス10は、図2(A)乃至(E)に示すように、ウェハ状シリコン基板25上に積層技術及びフォトリソグラフィー技術を使用して多数の分岐光導波路をマトリクス状に作り込み、最後にウェハ状シリコン基板をスクライブすることによって製造される。
As shown in FIGS. 2A to 2E, the Y-branched polymer
SiO2層形成工程20においては、図2(B)に示すように、スパッタリングによってウェハ状シリコン基板25の上面に全面に亘ってSiO2を積層させてSiO2層12を形成する。スパッタリングの条件は、径が3インチのサイズのターゲットを使用し、投入電力が300W、アルゴンガス圧が0.3Paである。
In the SiO2
高分子光導波路工程21においては、図2(C)に示すように、最初に、SiO2層12上にフッ素化ポリイミド樹脂をスピンコートしベーク処理によりフッ素化ポリイミド樹脂を硬化して全面に下部クラッド層14を形成し、次いで、下部クラッド層14上にフッ素化ポリイミド樹脂をスピンコートしベーク処理によりフッ素化ポリイミド樹脂を硬化して、フォトリソグラフ法及びRIEエッチング法によってY字状のコア15をマトリクス状に形成し、最後に、フッ素化ポリイミド樹脂をスピンコートしベーク処理によりフッ素化ポリイミド樹脂を硬化して全面に上部クラッド層16を形成する。これによって、高分子光導波路13がマトリクス状に並んで形成される。
In the polymer
スクライブ工程22においては、図2(D)に示すように、ウェハ状シリコン基板25をマトリクス状にスクライブする。これによって、図2(E)に示すようにY分岐高分子光導波路デバイス10が切り出される。
In the
次に、SiO2層12の作用について、図3を参照して説明する。
Next, the operation of the
図3(C),(D)に示すように、シリコン基板100の全面に、下部クラッド層14及び上部クラッド層16の材料であるフッ素化ポリイミド樹脂をスピンコートしベーク処理によりフッ素化ポリイミド樹脂を硬化してフッ素化ポリイミド樹脂層101を形成すると、フッ素化ポリイミド樹脂層101はシリコン基板100と密着されてシリコン基板100によって拘束されている状態において収縮しようとし、フッ素化ポリイミド樹脂層101には矢印102で示す収縮しようとする方向の応力が発生し、シリコン基板100はそれを妨げる方向に引っ張る。このためフッ素化ポリイミド樹脂層101を内側にして変形する。
As shown in FIGS. 3C and 3D, a fluorinated polyimide resin, which is a material of the
一方、図3(A),(B)に示すように、シリコン基板100の全面に、適切な条件でのスパッタリングによってSiO2層110を形成すると、SiO2層110はシリコン基板100と密着されてシリコン基板100によって拘束されている状態において拡がるように膨張しようとし、SiO2層110には矢印111で示す拡ろうとする方向の応力が発生し、シリコン基板100はそれを妨げる方向に引っ張る。このためSiO2層110を外側にして変形する。SiO2層110の応力は、フッ素化ポリイミド樹脂層101内の応力とは反対の方向であり、フッ素化ポリイミド樹脂層101内の応力を相殺する方向である。ここで、SiO2層110の厚さを厚くするとSiO2層110内の応力は大きくなる。よって、SiO2層110の厚さを適宜に定めると、SiO2層110内の応力の大きさがフッ素化ポリイミド樹脂層101内の応力の大きさを等しくなるように出来る。
On the other hand, as shown in FIGS. 3A and 3B, when the SiO 2
図3(E)に示すように、シリコン基板100上の適宜厚さのSiO2層110上にフッ素化ポリイミド樹脂をスピンコートしベーク処理してフッ素化ポリイミド樹脂層101を形成すると、フッ素化ポリイミド樹脂層101内の矢印102で示す収縮しようとする方向の応力が、SiO2層110内の矢印111で示す拡ろうとする方向の応力によって打ち消されて、フッ素化ポリイミド樹脂層101は内部の応力が零であるようになる。
As shown in FIG. 3E, a fluorinated
図1において、SiO2層12の厚さtは、SiO2層12内の応力111Aの大きさが高分子光導波路13内の応力102Aの大きさと等しくなるように定めてある。よって、高分子光導波路13内の応力102AはSiO2層12内の応力111Aによって望ましくは相殺されて、高分子光導波路13内には応力が残留していない状態となる。また、完全に相殺されなくても、高分子光導波路13内の残留応力は従来に比較して小さい。
In FIG. 1, the thickness t of the
これによって、図1の高分子光導波路デバイス10は、従来に比べて偏光依存性損失が低減され、良好な光学的特性を有する。また、図1の高分子光導波路デバイス10は、温湿度サイクルのような環境変化が繰り返されても、従来に比較してクラックが発生しにくく、長寿命を有する。
As a result, the polymer
なお、SiO2は無機酸化物であり、有機物に比較して、膜厚の制御がし易いという利点を有する。 Note that SiO2 is an inorganic oxide and has an advantage that the film thickness can be easily controlled as compared with an organic substance.
また、SiO2層12の代わりに、無機物であるDLC(Diamond-Like-Carbon),SiC,無機窒化物であるSi3N4、或いは、無機フッ化物を使用した層を利用することが可能であり、同様の効果が得られる。
Further, instead of the
更には、SiO2層12の代わりに、有機材料の層を利用することも可能である。
Furthermore, an organic material layer can be used instead of the SiO 2
また、中間層は、真空蒸着法、CVD法等によって形成することも可能である。 The intermediate layer can also be formed by a vacuum deposition method, a CVD method, or the like.
また、下部クラッド層14を適宜選択することによって、下部クラッド層が上記中間層の役割を果たすような構造にも出来る。
Further, by appropriately selecting the
10 Y分岐高分子光導波路デバイス
11 シリコン基板
12 SiO2層
13 Y分岐高分子光導波路
14 下部クラッド層
15 Y分岐コア
16 上部クラッド層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Y branch polymer
Claims (4)
該基板の上面と該高分子光導波路との間に、該高分子光導波路に発生している応力と反対方向の応力を発生する中間層を有する構成としたことを特徴とした高分子光導波路デバイス。 In a polymer optical waveguide device having a polymer optical waveguide made of a polymer material on a substrate,
A polymer optical waveguide comprising an intermediate layer that generates stress in a direction opposite to the stress generated in the polymer optical waveguide between the upper surface of the substrate and the polymer optical waveguide device.
該基板の上面と該下部クラッド層との間に、上記下部クラッド層及び上部クラッド層に発生している応力と反対方向の応力を発生する中間層を有する構成としたことを特徴とした高分子光導波路デバイス。 A polymer optical waveguide device having an optical waveguide comprising a lower clad layer made of a polymer material, a core made of the polymer material on the lower clad layer, and an upper clad layer made of a polymer material covering the core on the substrate In
A polymer comprising an intermediate layer that generates stress in a direction opposite to the stress generated in the lower clad layer and the upper clad layer between the upper surface of the substrate and the lower clad layer Optical waveguide device.
上記中間層は、無機酸化物、無機チッ化物、或いは無機フッ化物であることを特徴とした高分子光導波路デバイス。 The polymer optical waveguide device according to claim 1 or 2,
The polymer optical waveguide device, wherein the intermediate layer is an inorganic oxide, an inorganic nitride, or an inorganic fluoride.
上記ウェハ状基板上に、上記下部クラッド層を形成する前に、該下部クラッド層及び上部クラッド層に発生する応力と反対方向の応力を発生する中間層を形成する工程を有することを特徴とする高分子光導波路デバイスの製造方法。 A large number of optical waveguides are formed on a wafer-like substrate by using a lamination technique and a photolithography technique, and finally a lower clad layer made of a polymer material and the lower clad are formed on the substrate by scribing the wafer-like substrate. In a method of manufacturing a polymer optical waveguide element having an optical waveguide comprising a polymer material core on a layer and a polymer material upper clad layer covering the core,
Before forming the lower cladding layer on the wafer-like substrate, the method includes a step of forming an intermediate layer that generates stress in a direction opposite to the stress generated in the lower cladding layer and the upper cladding layer. A method for producing a polymer optical waveguide device.
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JP2003336091A JP2005106861A (en) | 2003-09-26 | 2003-09-26 | High polymer optical waveguide device and its manufacturing method |
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JP2011118163A (en) * | 2009-12-03 | 2011-06-16 | Shinko Electric Ind Co Ltd | Optoelectric module, method of manufacturing the same, and photoelectric module substrate |
-
2003
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