光波导器件
阅读：139发布：2020-05-20
专利汇可以提供光波导器件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及利用叠层技术、 光刻 技术、 反应性 离子蚀刻技术所制造的高分子 树脂 材料制的光 波导 器件，其目的在于解决芯的断面 变形 的问题，实现品质 稳定性 的改善。Y分支光波导器件(41)的结构为，在 硅 基片(43)的上表面形成高分子树脂材料制的Y分支光波导(42)。构成Y分支光波导(42)的芯(44)具有下边扩大形状的侧面(50)。芯(44)通过将反应室的 氧 分压设定为比通常高得多的压 力 即5Pa以便对芯层10进行 反应性离子蚀刻 而成。，下面是光波导器件专利的具体信息内容。
1.一种光波导器件，其结构为，具有：在基片上的高分子树脂材 料制的下侧包层，在该下侧包层上的高分子树脂材料制的芯和覆盖该芯 的高分子树脂材料制的上侧包层；由该下侧包层和上侧包层包围的上述 芯形成光波导；其特征在于：该芯的断面形状为下面一侧的宽度尺寸比 上面一侧的宽度尺寸更宽。
2.根据权利要求1所述的光波导器件，其特征在于：该芯的断面 形状为具有下面扩大的形状的侧面。
3.根据权利要求1所述的光波导器件，其特征在于：该芯的断面 形状为具有斜面状的侧面。
4.一种光波导器件的制造方法，在制造权利要求1-3中任何一 项所述的光波导器件的方法中，其特征在于：进行用于形成芯的反应性 离子蚀刻，将反应室内的氧分压设定为进行各向同性蚀刻的压力。
技术领域
本发明涉及光波导器件，尤其是涉及具有使用叠层技术和光刻技术 形成的高分子树脂材料制的光波导的光波导器件。
背景技术
具有使用了高分子树脂材料制的分支光波导构造的分支光波导器件 与石英制的分支光波导器件相比虽然光传播特性低，但却具有生产效率 特别优良、制造成本也相当低的优点，广泛用于构成光模块的零部件。
为了说明的方便，下面对使用高分子树脂材料制的分支光波导器件 的制造工艺予以说明。实际上，使用叠层技术和光刻技术将多个分支光 波导以矩阵状制作在硅晶片上，最后通过对硅晶片划片分割成单片来制 造。在此，对制作单个的分支光波导进行说明。设Z1-Z2为长度方向， X1-X2为宽度方向，Y1-Y2为厚度方向。
Y分支光波导器件经图9(A)、(B)、(C)，图10(A)、(B)、(C)， 图11(A)所示的工序制造。图11(B)表示已制成的Y分支光波导器 件1。Y分支光波导器件1的结构为高分子树脂材料制的Y分支光波导 2形成在硅基片3的上表面。Y分支光波导2由高分子树脂材料例如氟 化聚酰亚胺树脂构成的芯4和包围该芯4由相同的氟化聚酰亚胺树脂构 成的下部包层5及上部包层6构成。芯4具有Y字型，具有入射侧芯4a 和形成分支的2个分支芯4b、4c。
首先，如图9(A)所示，在硅基片3的上表面涂布氟化聚酰亚胺树 脂形成折射率为n1的下部包层5；进而，如图9(B)所示，在下部包层 5上涂布氟化聚酰亚胺树脂形成折射率为n2(＞n1)的芯层10；进而， 如图9(C)所示，涂布含硅的光致抗蚀剂形成抗蚀剂层11。20为掩模 部件，其结构为在石英板21的下表面以铬形成Y字形的掩模图案22。 其次，如图10(A)所示，使掩模部件20与抗蚀剂层11密合，照射紫 外线25进行曝光并对抗蚀层11进行显像，如图10(B)所示，形成反 应性离子蚀刻(RIE)装置干蚀刻用的抗蚀层掩模12。随后，进行RIE 干蚀刻处理，如图10(C)所示，形成Y字形的芯4。在上述的干蚀刻 处理中，在将RIE装置的反应室内的氧分压设定为例如0.6Pa的条件下 进行，以形成芯4并使其两侧面相对于硅基片3的上表面为垂直面。接 着，如图11(A)所示，除去抗蚀层掩模12，最后，涂布折射率为n1 的氟化聚酰亚胺树脂以形成覆盖芯4的上部包层6，从而制得图11(B) 所示的Y分支光波导器件1。
发明人经研究发现，所制得的Y分支光波导器件1的一部分如图12 (A)、(B)所示那样，在下部包层5中沿芯4的侧面的下端部分中的单 侧或两侧产生裂纹30，并同时存在芯4的断面的变形。此外，裂纹30 往往形成在下部包层5中、芯4的单侧侧面中沿芯4的分支点附近的侧 面部分的那部分。图12(A)、(B)是分别沿图11(C)中的XIIA-XIIA 线、XIIB-XIIB线的剖面图。
当芯4的断面变形时，存在的问题是入射到入射侧芯4a的光未被均 匀地分支到分支芯4b、4c而使分支均匀性降低。
另外的问题是，在通过粘结将光纤连接在Y分支光波导器件1上而 制成的Y分支光波导器件模块中，如图12(B)所示，芯4的端部与光 纤100的端部的中心存在偏离的关系，在Y分支光波导器件1和光纤100 的连接部分中，通过分支芯4C传播来的光的一部分不进入到光纤100 内而引起光学损失。
另外，发明人在观察利用图10(C)所示的RIE装置进行干蚀刻处 理后的制品时发现，如图13所示，在下部包层5中与芯4的侧面的下端 相对应的部分中的单侧或两侧同时存在产生裂纹30的制品。图13是沿 图10(C)中的XIII-XIII线的剖面。
为了说明的方便，下面对使用高分子树脂材料制的分支光波导器件 的制造工艺予以说明。实际上，使用叠层技术和光刻技术将多个分支光 波导以矩阵状制作在硅晶片上，最后通过对硅晶片划片分割成单片来制 造。在此，对制作单个的分支光波导进行说明。设Z1-Z2为长度方向， X1-X2为宽度方向，Y1-Y2为厚度方向。
Y分支光波导器件经图9(A)、(B)、(C)，图10(A)、(B)、(C)， 图11(A)所示的工序制造。图11(B)表示已制成的Y分支光波导器 件1。Y分支光波导器件1的结构为高分子树脂材料制的Y分支光波导 2形成在硅基片3的上表面。Y分支光波导2由高分子树脂材料例如氟 化聚酰亚胺树脂构成的芯4和包围该芯4由相同的氟化聚酰亚胺树脂构 成的下部包层5及上部包层6构成。芯4具有Y字型，具有入射侧芯4a 和形成分支的2个分支芯4b、4c。
首先，如图9(A)所示，在硅基片3的上表面涂布氟化聚酰亚胺树 脂形成折射率为n1的下部包层5；进而，如图9(B)所示，在下部包层 5上涂布氟化聚酰亚胺树脂形成折射率为n2(＞n1)的芯层10；进而， 如图9(C)所示，涂布含硅的光致抗蚀剂形成抗蚀剂层11。20为掩模 部件，其结构为在石英板21的下表面以铬形成Y字形的掩模图案22。 其次，如图10(A)所示，使掩模部件20与抗蚀剂层11密合，照射紫 外线25进行曝光并对抗蚀层11进行显像，如图10(B)所示，形成反 应性离子蚀刻(RIE)装置干蚀刻用的抗蚀层掩模12。随后，进行RIE 干蚀刻处理，如图10(C)所示，形成Y字形的芯4。在上述的干蚀刻 处理中，在将RIE装置的反应室内的氧分压设定为例如0.6Pa的条件下 进行，以形成芯4并使其两侧面相对于硅基片3的上表面为垂直面。接 着，如图11(A)所示，除去抗蚀层掩模12，最后，涂布折射率为n1 的氟化聚酰亚胺树脂以形成覆盖芯4的上部包层6，从而制得图11(B) 所示的Y分支光波导器件1。
发明人经研究发现，所制得的Y分支光波导器件1的一部分如图12 (A)、(B)所示那样，在下部包层5中沿芯4的侧面的下端部分中的单 侧或两侧产生裂纹30，并同时存在芯4的断面的变形。此外，裂纹30 往往形成在下部包层5中、芯4的单侧侧面中沿芯4的分支点附近的侧 面部分的那部分。图12(A)、(B)是分别沿图11(C)中的XIIA-XIIA 线、XIIB-XIIB线的剖面图。
当芯4的断面变形时，存在的问题是入射到入射侧芯4a的光未被均 匀地分支到分支芯4b、4c而使分支均匀性降低。
另外的问题是，在通过粘结将光纤连接在Y分支光波导器件1上而 制成的Y分支光波导器件模块中，如图12(B)所示，芯4的端部与光 纤100的端部的中心存在偏离的关系，在Y分支光波导器件1和光纤100 的连接部分中，通过分支芯4C传播来的光的一部分不进入到光纤100 内而引起光学损失。
另外，发明人在观察利用图10(C)所示的RIE装置进行干蚀刻处 理后的制品时发现，如图13所示，在下部包层5中与芯4的侧面的下端 相对应的部分中的单侧或两侧同时存在产生裂纹30的制品。图13是沿 图10(C)中的XIII-XIII线的剖面。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种分支光波导器件，它在利用RIE 装置进行干蚀刻的工序中不会形成裂纹，解决了上述芯的断面有时出现 变形的问题。
为了实现上述发明目的，解决上述存在的问题，本发明的光波导器 件具有基片上的高分子树脂材料制的下侧包层、该下侧包层上的高分子 树脂材料制的芯和覆盖该芯的高分子树脂材料制的上侧包层。在由该下 侧包层和上侧包层包围的上述芯形成的光波导结构即光波导器件中，其 特征是：该芯的断面形状的下面一侧的宽度尺寸(W2)大于上面一侧的 宽度尺寸(W1)。
采用本发明，由于芯的断面形状的下面一侧的宽度尺寸大于上面一 侧的宽度尺寸，因而在利用反应性离子蚀刻装置等进行干蚀刻工序中， 下侧包层不会产生裂纹，垂直于芯的光轴的断面形状也不会出现变形。
附图说明
图1是表示本发明实施例1的Y分支光波导器件图。
图2是沿图1的IIA-IIA线、IIB-IIB线的剖面图。
图3是表示图1的Y分支光波导器件的最初的制造工序图。
图4是表示图3的制造工序之后的工序图。
图5是表示反应性离子蚀刻装置图。
图6是沿图4(C)的VIA-VIA线、VIB-VIB线的剖面图。
图7是表示本发明的实施例2的Y分支光波导器件图。
图8是沿图7的VIIIA-VIIIA线、VIIIB-VIIIB线的剖面图。
图9是表示现有技术的Y分支光波导器件的最初的制造工序图。
图10是表示图9的制造工序之后的工序图。
图11是表示图10的制造工序之后的工序图。
图12是沿图11(B)的XIIA-XIIA、XIIB-XIIB线的剖面图。
图13是沿图10(C)的XIII-XIII线的剖面图。
为了实现上述发明目的，解决上述存在的问题，本发明的光波导器 件具有基片上的高分子树脂材料制的下侧包层、该下侧包层上的高分子 树脂材料制的芯和覆盖该芯的高分子树脂材料制的上侧包层。在由该下 侧包层和上侧包层包围的上述芯形成的光波导结构即光波导器件中，其 特征是：该芯的断面形状的下面一侧的宽度尺寸(W2)大于上面一侧的 宽度尺寸(W1)。
采用本发明，由于芯的断面形状的下面一侧的宽度尺寸大于上面一 侧的宽度尺寸，因而在利用反应性离子蚀刻装置等进行干蚀刻工序中， 下侧包层不会产生裂纹，垂直于芯的光轴的断面形状也不会出现变形。
附图说明
图1是表示本发明实施例1的Y分支光波导器件图。
图2是沿图1的IIA-IIA线、IIB-IIB线的剖面图。
图3是表示图1的Y分支光波导器件的最初的制造工序图。
图4是表示图3的制造工序之后的工序图。
图5是表示反应性离子蚀刻装置图。
图6是沿图4(C)的VIA-VIA线、VIB-VIB线的剖面图。
图7是表示本发明的实施例2的Y分支光波导器件图。
图8是沿图7的VIIIA-VIIIA线、VIIIB-VIIIB线的剖面图。
图9是表示现有技术的Y分支光波导器件的最初的制造工序图。
图10是表示图9的制造工序之后的工序图。
图11是表示图10的制造工序之后的工序图。
图12是沿图11(B)的XIIA-XIIA、XIIB-XIIB线的剖面图。
图13是沿图10(C)的XIII-XIII线的剖面图。
具体实施方式
下面，对本发明的实施例进行说明。
图1表示本发明实施例1的Y分支光波导器件41。Y分支光波导器 件41的结构是高分子树脂材料制的Y分支光波导42形成在硅基片43 的上表面。Y分支光波导42由折射率为n2的例如氟化聚酰亚胺树脂制 成的芯44和包围它的折射率为n1(＜n2)的相同的氟化聚酰亚胺树脂制 成的下部包层45及上部包层46构成。芯44具有Y字形，具有入射侧 芯44a和分成两支的分支芯44b、44c。入射侧芯44a，分支芯44b、44c 的尺寸细小到宽度W1为5μm左右，高度H1为5μm左右，为单模用。 Z1端的分支芯44b、44c的间隔A为125-250μm左右，设定为光纤的 直径，分支角θ1设定为能以相同的比例将光分支的角度0.5°-3°。
如图2(A)、(B)所示，入射侧芯44a及分支芯44b、44c具有带下 边扩大的侧面50的断面形状。即，入射侧芯44a和分支芯44b、44c具 有下面51的宽度W2比上面52的宽度W1大的形状。
入射侧芯44a和分支芯44b、44c的断面未变形时，使得入射到入射 侧芯44a的光均匀地分支到分支芯44b、44c，其分支均匀性良好。
另外，在通过粘结将光纤连接到Y分支光波导器件1上的Y分支光 波导器件模块中，如图2(B)所示，芯44的端部与光纤100的端部具 有基本一致的关系，通过分支芯44b、44c传播来的光可良好地进入到光 纤100内，其连接部分的损失受到抑制而光学特性良好。
上述的Y分支光波导器件31经图3(A)至图3(C)、图4(A)至 图4(D)所示的工序制造。除了改变使用了图4(C)的RIE装置的干 蚀刻工序的条件之外，其余与图9、图10、图11所示的工序相同。
图4(C)所示的RIE工序中将图5所示的RIE装置60的反应室61 内的氧分压设定为通常压力0.6Pa的约10倍即5Pa。由此，发明人确认 了如下事实：如图6(A)、图6(B)所示，芯层10被除去，形成了带 下边扩大的侧面50的芯44。62是上部电极，63是下部电极。图6(A)、 图6(B)是沿图4(C)的VIA-VIA线、VIB-VIB线的剖面图。发明 人在观察了RIE工序后的晶片上各芯的情况后，确认了以下事实：下部 包层45中与入射侧芯44a及分支芯44b、44c的侧面50的下端相对的部 分中未出现裂纹。
另外，发明人观察制成的Y分支光波导器件41后确认：如图12所 示，入射侧芯34a及分支34b、34c的断面未掺杂有变形的情况。
因此，通过上述制造工序制造Y分支光波导器件41，可以稳定地制 得具有高品质而且品质波动小的Y分支光波导器件41。
图7表示本发明的实施例2的Y分支光波导器件41A。Y分支光波 导器件41A除芯44A外，其余与上述的Y分支光波导器件41相同。入 射侧芯44Aa和分成2个分支的分支芯44Ab、44Ac，如图8(A)、(B)、 (C)所示，带有为斜面的侧面50A，其断面具有梯形形状。该芯44A 也是通过以规定的条件进行RIE而形成。
该Y分支光波导器件41A具有改善了的分支特性，而且，通过粘结 将光纤连接到该Y分支光波导器件41A上构成的Y分支光波导器件模块 的连接部分的损失受到抑制而光学特性予以改善。
另外，本发明的将芯的断面形状作成下面一侧的宽度尺寸比上面一 侧的宽度尺寸大的形状的结构不限于Y分支光波导器件，也可以适用于 带Y字形以外的形状的分支光波导器件及带没有分支功能的光波导器 件，与上述具有相同的效果。
图1表示本发明实施例1的Y分支光波导器件41。Y分支光波导器 件41的结构是高分子树脂材料制的Y分支光波导42形成在硅基片43 的上表面。Y分支光波导42由折射率为n2的例如氟化聚酰亚胺树脂制 成的芯44和包围它的折射率为n1(＜n2)的相同的氟化聚酰亚胺树脂制 成的下部包层45及上部包层46构成。芯44具有Y字形，具有入射侧 芯44a和分成两支的分支芯44b、44c。入射侧芯44a，分支芯44b、44c 的尺寸细小到宽度W1为5μm左右，高度H1为5μm左右，为单模用。 Z1端的分支芯44b、44c的间隔A为125-250μm左右，设定为光纤的 直径，分支角θ1设定为能以相同的比例将光分支的角度0.5°-3°。
如图2(A)、(B)所示，入射侧芯44a及分支芯44b、44c具有带下 边扩大的侧面50的断面形状。即，入射侧芯44a和分支芯44b、44c具 有下面51的宽度W2比上面52的宽度W1大的形状。
入射侧芯44a和分支芯44b、44c的断面未变形时，使得入射到入射 侧芯44a的光均匀地分支到分支芯44b、44c，其分支均匀性良好。
另外，在通过粘结将光纤连接到Y分支光波导器件1上的Y分支光 波导器件模块中，如图2(B)所示，芯44的端部与光纤100的端部具 有基本一致的关系，通过分支芯44b、44c传播来的光可良好地进入到光 纤100内，其连接部分的损失受到抑制而光学特性良好。
上述的Y分支光波导器件31经图3(A)至图3(C)、图4(A)至 图4(D)所示的工序制造。除了改变使用了图4(C)的RIE装置的干 蚀刻工序的条件之外，其余与图9、图10、图11所示的工序相同。
图4(C)所示的RIE工序中将图5所示的RIE装置60的反应室61 内的氧分压设定为通常压力0.6Pa的约10倍即5Pa。由此，发明人确认 了如下事实：如图6(A)、图6(B)所示，芯层10被除去，形成了带 下边扩大的侧面50的芯44。62是上部电极，63是下部电极。图6(A)、 图6(B)是沿图4(C)的VIA-VIA线、VIB-VIB线的剖面图。发明 人在观察了RIE工序后的晶片上各芯的情况后，确认了以下事实：下部 包层45中与入射侧芯44a及分支芯44b、44c的侧面50的下端相对的部 分中未出现裂纹。
另外，发明人观察制成的Y分支光波导器件41后确认：如图12所 示，入射侧芯34a及分支34b、34c的断面未掺杂有变形的情况。
因此，通过上述制造工序制造Y分支光波导器件41，可以稳定地制 得具有高品质而且品质波动小的Y分支光波导器件41。
图7表示本发明的实施例2的Y分支光波导器件41A。Y分支光波 导器件41A除芯44A外，其余与上述的Y分支光波导器件41相同。入 射侧芯44Aa和分成2个分支的分支芯44Ab、44Ac，如图8(A)、(B)、 (C)所示，带有为斜面的侧面50A，其断面具有梯形形状。该芯44A 也是通过以规定的条件进行RIE而形成。
该Y分支光波导器件41A具有改善了的分支特性，而且，通过粘结 将光纤连接到该Y分支光波导器件41A上构成的Y分支光波导器件模块 的连接部分的损失受到抑制而光学特性予以改善。
另外，本发明的将芯的断面形状作成下面一侧的宽度尺寸比上面一 侧的宽度尺寸大的形状的结构不限于Y分支光波导器件，也可以适用于 带Y字形以外的形状的分支光波导器件及带没有分支功能的光波导器 件，与上述具有相同的效果。
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