JP3414350B2 - Method of manufacturing master mold for optical element - Google Patents
Method of manufacturing master mold for optical elementInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、主として光通信に
用いられる光部品を成形工法で作製するための成形型、
成形型を作製するためのマスタ型、および光学素子の製
造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a molding die for manufacturing an optical component mainly used for optical communication by a molding method.
The present invention relates to a master mold for producing a mold and a method for manufacturing an optical element.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、光通信はめざましく発展してお
り、CATVやコンピュータネットワーク等においては
実用に至っている。しかしFTTHをはじめ、より広い
普及に対しては光部品として大幅な低コスト化、大量生
産化、小型化などの課題解決が要望されている。2. Description of the Related Art In recent years, optical communication has made remarkable progress and has come into practical use in CATV, computer networks and the like. However, for widespread use including FTTH, it is required to solve problems such as drastic cost reduction, mass production and miniaturization of optical components.
【0003】例えば、光送受信器は集積化、小型化のた
めに光導波路を用いた光実装回路基板が提案されてい
る。これは、シリコン基板上に所望の機能を有する石英
系光導波路を形成し、さらに金属電極を配線して半導体
素子や電気回路を実装するもので、V溝のガイドによっ
て光ファイバをアレイ状に配列させたものを光導波路と
接続させることにより光モジュールを構成している(た
とえば特開平5−60940、あるいは特開平5−27
410号公報など)。For example, an optical mounting circuit board using an optical waveguide has been proposed for integration and miniaturization of an optical transceiver. This is a technique in which a quartz optical waveguide having a desired function is formed on a silicon substrate, and a metal electrode is further wired to mount a semiconductor element or an electric circuit. Optical fibers are arranged in an array by a V-groove guide. An optical module is constructed by connecting the thus-formed one to an optical waveguide (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 60940/1993 or Japanese Patent Laid-Open No. 27/1990).
No. 410, etc.).
【0004】このように光導波路をもちいることによ
り、集積化、小型化された光モジュ−ルが実現できる。By using the optical waveguide as described above, an integrated and miniaturized optical module can be realized.
【0005】しかしながら、これらの光モジュ−ルにお
いてはコスト面で課題を有していた。However, these optical modules have a problem in terms of cost.
【0006】一つは光導波路が高コストであるという理
由である。光導波路は火炎堆積法やCVDによる膜形成
や、フォトリソグラフィ、ドライエッチングによるコア
パタ−ニングなどの半導体プロセスを用いて製造されて
いるが、比較的チップサイズが大きいため量産してもコ
スト削減効果が期待できない。One is that the optical waveguide is expensive. Optical waveguides are manufactured using semiconductor processes such as flame deposition method, film formation by CVD, core patterning by photolithography, dry etching, etc., but because the chip size is relatively large, cost reduction effect can be achieved even in mass production. I can't expect.
【0007】もう一つの問題としては、光導波路と光フ
ァイバの接続コストが高いという理由である。図7に示
すように光導波路が形成された基板と光ファイバ固定用
のガイド溝が形成された基板は個々に独立、分離されて
いる。Another problem is that the connection cost between the optical waveguide and the optical fiber is high. As shown in FIG. 7, the substrate on which the optical waveguide is formed and the substrate on which the guide groove for fixing the optical fiber is formed are independent and separated from each other.
【0008】ここで、図7において、71はシリコン基
板、72は光導波路、73は光ファイバ、74はV溝ブ
ロック、75はレーザダイオード、76はフォトダイオ
ード、77は電気回路パターンである。In FIG. 7, 71 is a silicon substrate, 72 is an optical waveguide, 73 is an optical fiber, 74 is a V groove block, 75 is a laser diode, 76 is a photodiode, and 77 is an electric circuit pattern.
【0009】光ファイバと光導波路間の光損失を抑制す
るには、シングルモードの場合は±1μm以下の位置調
整、組立、固定が必要となる。これらの光軸調整につい
ては何軸もの自動調整機構を備えたシステムで現状行わ
れており、量産性、経済性の面で多大な問題を有してい
た。また、V溝の作製についてもシリコン基板の選択ウ
エットエッチングや各種基板の研削加工法が用いられて
おり、それぞれ量産性や溝形状の再現性に乏しい欠点を
有していた。In order to suppress the optical loss between the optical fiber and the optical waveguide, it is necessary to adjust, assemble and fix the position within ± 1 μm in the case of the single mode. These optical axis adjustments are currently carried out in a system equipped with an automatic adjustment mechanism for many axes, which poses a serious problem in terms of mass productivity and economical efficiency. Further, selective wet etching of a silicon substrate and a grinding method of various substrates are used for the production of the V-grooves, which have drawbacks of poor mass productivity and poor reproducibility of the groove shape.
【0010】これを解決する方法として非球面ガラスレ
ンズの製造方法として既に実用化されているプレス成形
を用いてファイバ固定用の溝と光導波路のコアに対応す
る溝を形成し、コアに対応する溝に樹脂などのコア材料
を埋め込んで光導波路を作成する方法が特開平7−28
7141号公報などで提案されている。この方法は例え
ば図8のようにファイバ固定部分と光導波路部分に対応
した凹凸形状を備えた型を被加工物に押しつけて、その
反転形状を転写させるもので、ファイバ固定ガイド、お
よび光導波路用溝を形状再現性よく大量に生産できる。
ここで、81は光ファイバガイド溝成形部であり、82
は光導波路パターン成形部である。As a method for solving this problem, a groove for fixing the fiber and a groove corresponding to the core of the optical waveguide are formed by using press molding which has already been put into practical use as a method for manufacturing an aspherical glass lens, and the groove is used for the core. A method for forming an optical waveguide by embedding a core material such as resin in the groove is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-28
It is proposed in Japanese Patent No. 7141. In this method, for example, as shown in FIG. 8, a mold having an uneven shape corresponding to a fiber fixing portion and an optical waveguide portion is pressed against a workpiece and the inverted shape thereof is transferred. For the fiber fixing guide and the optical waveguide, Grooves can be mass-produced with good shape reproducibility.
Here, 81 is an optical fiber guide groove forming part, and 82
Is an optical waveguide pattern forming part.
【0011】光導波路用溝に樹脂などのコア材料を埋め
込めば光導波路として機能させることができファイバ
用、光導波路用の各溝の相対位置が正確な型で形状を転
写することによって光ファイバを溝に配置させるだけで
特別な位置調整をしなくても簡単に光ファイバと光導波
路を高効率で光接続させることが可能となる。By embedding a core material such as resin in the groove for the optical waveguide, the groove can be made to function as an optical waveguide, and the relative position of the groove for the fiber and the groove for the optical waveguide can be accurately transferred by copying the shape of the optical fiber. It is possible to easily and optically connect the optical fiber and the optical waveguide with high efficiency without any special position adjustment simply by arranging them in the groove.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】微細な構造の光導波路
をプレス成形で転写する際、型の入手が問題となる。When transferring an optical waveguide having a fine structure by press molding, obtaining a mold becomes a problem.
【0013】光導波路はシングルモードの場合、断面が
幅、深さとも数ミクロン程度の矩形形状であるので機械
加工で精度良く加工することは困難であった。これまで
ドライエッチングを用いて金型に光導波路パターンを形
成することが提案されている(例えば特開平11−21
8631)。In the case of a single mode, the optical waveguide has a rectangular cross section with a width and a depth of about several microns, so it has been difficult to machine it with high precision. It has been proposed so far to form an optical waveguide pattern on a mold by using dry etching (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 11-21).
8631).
【0014】しかしながら、ドライエッチングは微小形
状の加工精度に優れるが、寸法が数十から数百ミクロン
の加工を行うことは難しく、寸法差の大きな形状を加工
することは困難である。また、フォトリソグラフィ、真
空プロセスを多用するために型の生産効率は高くなく、
その分、光部品の製造コストがかさむ。However, although dry etching is excellent in processing precision of minute shapes, it is difficult to process the dimensions of several tens to several hundreds of microns, and it is difficult to process the shapes having a large dimensional difference. In addition, since the photolithography and vacuum processes are frequently used, the mold production efficiency is not high,
The manufacturing cost of the optical component is increased accordingly.
【0015】一方、ウエットエッチングで光導波路パタ
ーンを加工すると、アンダーカット(マスクの下側部分
が削れて細る現象)が発生するために光導波路に必要な
矩形断面が得られない。On the other hand, when the optical waveguide pattern is processed by wet etching, an undercut (a phenomenon in which the lower part of the mask is shaved and thinned) occurs, so that the rectangular cross section necessary for the optical waveguide cannot be obtained.
【0016】シングルモード光ファイバでは直径が12
5ミクロン程度あり、数ミクロン程度の光導波路とは寸
法差が10倍以上ある。このため先述したファイバ固定
部分と光導波路のコアに対応する部分を同時に備えた型
をドライエッチングのみで作製することは困難であると
いう課題があった。A single mode optical fiber has a diameter of 12
It is about 5 microns, and the dimensional difference is 10 times or more that of an optical waveguide of about several microns. For this reason, there is a problem that it is difficult to fabricate a mold having the above-mentioned fiber fixing portion and a portion corresponding to the core of the optical waveguide at the same time only by dry etching.
【0017】以上により、例えば光ファイバ固定部は機
械加工、光導波路成形部はドライエッチングというよう
に異なる加工方法を駆使する必要があった。しかし、こ
のように異なる加工方法を行うにあたっては、光導波路
と光ファイバはシングルモードの場合、接続精度が±1
μm以下であるので、その精度を確保するために型加工
が極めてシビアとなり、型が高コストとなり、量産でき
ないという課題があった。From the above, it is necessary to make full use of different processing methods such as machining the optical fiber fixing portion and dry etching the optical waveguide molding portion. However, in performing such different processing methods, if the optical waveguide and the optical fiber are single mode, the connection accuracy is ± 1.
Since it is less than μm, there is a problem that the die machining is extremely severe in order to ensure its accuracy, the die becomes expensive, and mass production cannot be performed.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第1の光学素子用マスタ型の製造方法とし
て第1の部材に研削加工により光ファイバガイド部を形
成し、前記第1の部材の一部に第2の部材を設け、前記
第2の部材を所定の厚みに研磨し、前記第2の部材にフ
ォトリソグラフィ、エッチングにより光導波路パターン
を形成することを特徴とするものである。In order to achieve the above object, a method for manufacturing a master mold for optical elements according to the first aspect of the present invention is provided .
The optical fiber guide part on the first member by grinding.
The second member is provided on a part of the first member, and
The second member is ground to a predetermined thickness, and the second member is polished.
Optical waveguide pattern by photolithography and etching
Is formed .
【0019】[0019]
【0020】[0020]
【0021】[0021]
【0022】[0022]
【0023】[0023]
【0024】また、第2の光学素子用マスタ型の製造方
法としては型部材に研削加工により光ファイバガイド部
を形成し、前記型部材に部分選択的に薄膜コーティング
し、前記コーティングを行った部分にフォトリソグラフ
ィ、エッチングを行って光導波路パターンを形成するこ
とを特徴とするものである。これら第1、第2の方法に
よれば光導波路パターンと光ファイバガイド部を備え、
かつこれらが極めて高い相対精度を有するマスタ型を製
造することが可能となる。得られたマスタ型を用いて、
成形を行うことで光学素子用の成形型を入手することが
できる。これによれば成形型のコスト、およびこれによ
って成形した光学素子のコストを大幅に削減することが
できる。 As the second method for producing a master mold for optical elements, an optical fiber guide portion is formed on a mold member by grinding, the mold member is partially and selectively coated with a thin film, and the coated portion is formed. Is characterized by forming an optical waveguide pattern by photolithography and etching. According to these first and second methods, an optical waveguide pattern and an optical fiber guide section are provided,
In addition, it becomes possible to manufacture a master mold having extremely high relative accuracy. Using the obtained master mold,
It is possible to obtain molding dies for optical elements by performing molding.
it can. According to this, the cost of the mold, and
Can significantly reduce the cost of optical elements molded by
it can.
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の好ましい形態について説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0026】(実施の形態1)図1は本発明の実施の形
態1の光学素子用マスタ型の構成を示している。これは
シングルモードの光導波路、および光ファイバを対象と
したものであり、光導波路パタ−ンのコアとなる約10
ミクロン幅、深さの光導波路溝パターン11を備え、こ
れに隣り合ってV字形状の断面を持つ光ファイバガイド
溝12が形成されている。(First Embodiment) FIG. 1 shows the configuration of a master type for optical elements according to the first embodiment of the present invention. This is intended for single-mode optical waveguides and optical fibers, and the core of the optical waveguide pattern is approximately 10
An optical waveguide groove pattern 11 having a micron width and a depth is provided, and an optical fiber guide groove 12 having a V-shaped cross section is formed adjacent to the optical waveguide groove pattern 11.
【0027】図1の光学素子用マスタ型の製造方法を図
2、3を用いて説明する。ここでは石英ガラスをマスタ
型に用いた例を示す。A method of manufacturing the master die for optical elements shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. Here, an example in which quartz glass is used for the master type is shown.
【0028】まず、図2を用いて、第1のマスタ型の製
造方法について説明する。First, the first master mold manufacturing method will be described with reference to FIG.
【0029】(a)石英ガラス基板21にV字断面形状
をもつ研削砥石で光ファイバガイド溝22を加工する。
図では溝の本数が1つであるが数十本程度は問題なく加
工できる。このような加工を行う研削装置は市販されて
おり、温度制御を行うことで溝ピッチ精度が±0.5ミ
クロン以下にすることが可能である。V字形状について
はVの角度は問わないが、図4のように光ファイバを配
置した際に光ファイバのコア中心が石英ガラス基板表面
よりも上になるようなV字形状にしておく。(A) The optical fiber guide groove 22 is formed on the quartz glass substrate 21 with a grinding wheel having a V-shaped cross section.
In the figure, the number of grooves is one, but several tens can be processed without problems. Grinding machines for performing such processing are commercially available, and the groove pitch accuracy can be adjusted to ± 0.5 μm or less by controlling the temperature. Regarding the V-shape, the angle of V does not matter, but when the optical fiber is arranged as shown in FIG. 4, the V-shape is such that the core center of the optical fiber is above the surface of the quartz glass substrate.
【0030】(b)つぎにV溝加工部分の一部に別の石
英ガラス基板23を直接接合で貼り付ける。ここで、直
接接合とは、各々基板の表面を親水化処理した後、接合
部材を用いることなく基板の表面同士を接合することで
ある。接続界面は、主として水酸基の水素結合や酸素原
子の共有結合により強固に結合されている。(B) Next, another quartz glass substrate 23 is directly bonded to a part of the V-groove processed portion. Here, the direct bonding is to bond the surfaces of the substrates to each other without using a bonding member after the surfaces of the substrates are hydrophilized. The connection interface is strongly bonded mainly by hydrogen bond of hydroxyl group and covalent bond of oxygen atom.
【0031】(c)石英ガラス基板23を研磨し、石英
ガラス基板21に対し所定の高さにする。このときの高
さについては後に説明する。(C) The quartz glass substrate 23 is polished to a predetermined height with respect to the quartz glass substrate 21. The height at this time will be described later.
【0032】(d)石英ガラス基板23のみにフォトリ
ソグラフィ、ドライエッチングを行って光導波路パタ−
ン溝24を形成する。(c)における研磨による石英ガ
ラス基板の高さについては、光ファイバが光ファイバガ
イド溝22に配置されたときに光ファイバのコア中心と
光導波路パタ−ン溝の中心の高さが±1μm以内となる
ような高さに研磨するものである。また、石英ガラス基
板23上の光導波路パタ−ン溝24の水平位置について
も±1μmが必要であるが、フォトリソグラフィの際の
フォトマスク合わせにて水平方向の位置決め調整が可能
である。(D) Photolithography and dry etching are performed only on the quartz glass substrate 23 to form an optical waveguide pattern.
The groove 24 is formed. Regarding the height of the quartz glass substrate by polishing in (c), when the optical fiber is arranged in the optical fiber guide groove 22, the height between the center of the optical fiber and the center of the optical waveguide pattern groove is within ± 1 μm. It is polished to a height such that Further, the horizontal position of the optical waveguide pattern groove 24 on the quartz glass substrate 23 needs to be ± 1 μm, but the horizontal positioning adjustment can be performed by the photomask alignment during photolithography.
【0033】これにより本発明の光学素子用マスタ型が
完成する。As a result, the master mold for optical elements of the present invention is completed.
【0034】次に、図3を用いて、第2のマスタ型の製
造方法について説明する。Next, the second master mold manufacturing method will be described with reference to FIG.
【0035】(a)第1の製造方法と同様の方法で石英
ガラス基板に31にV字断面形状を持つ光ファイバガイ
ド溝32を形成する。(A) An optical fiber guide groove 32 having a V-shaped cross section is formed in a quartz glass substrate 31 by the same method as the first manufacturing method.
【0036】(b)つぎにV溝加工部分の一部に薄膜を
堆積し、V溝部分を埋めるとともに石英ガラス基板31
表面よりも高く段差をつくってテラス33を設ける。こ
のときのコ−ティング方法としては石英系材料について
は火炎堆積法やCVD、真空蒸着、スパッタなどがあげ
られる。また、必要に応じて膜形成後、1000℃を越
えるアニ−ルを行っても良い。(B) Next, a thin film is deposited on a portion of the V-groove processed portion to fill the V-groove portion and the quartz glass substrate 31.
The terrace 33 is provided by forming a step higher than the surface. Examples of the coating method at this time include a flame deposition method, a CVD method, a vacuum deposition method, and a sputtering method for a quartz material. Further, if necessary, after the film is formed, annealing at 1000 ° C. may be performed.
【0037】(c)第1の製造方法と同様にテラス33
を所定の高さに研磨する。テラス33の高さについては
第1の製造方法に記載したのと同様である。(C) The terrace 33 is used as in the first manufacturing method.
Is ground to a predetermined height. The height of the terrace 33 is the same as that described in the first manufacturing method.
【0038】(d)第1の製造方法と同様にテラス33
のみにフォトリソグラフィ、ドライエッチングを行って
光導波路パタ−ン34を形成する。(D) The terrace 33 as in the first manufacturing method.
The optical waveguide pattern 34 is formed by performing photolithography and dry etching on only this.
【0039】これにより本発明の光学素子用マスタ型が
完成する。As a result, the master mold for optical elements of the present invention is completed.
【0040】以上述べた2つの製造方法を用いれば光学
素子用マスタ型を入手することができる。A master mold for optical elements can be obtained by using the above-described two manufacturing methods.
【0041】なお、光導波路パタ−ン部分の材料につい
ては上記で説明した石英ガラス以外にも結晶化ガラス、
ダイヤモンド、DLC、サファイア、シリコンなどでも
数ミクロンの深さで精度良くドライエッチングすること
が可能である。あるいはニッケルなどのめっきが可能な
材料を用いてLIGAプロセスでマスタ型を入手するこ
とも可能である。Regarding the material of the optical waveguide pattern portion, in addition to the quartz glass described above, crystallized glass,
It is possible to accurately dry-etch diamond, DLC, sapphire, silicon, etc. to a depth of several microns. Alternatively, it is also possible to obtain a master mold by a LIGA process using a material that can be plated such as nickel.
【0042】また、光ファイバガイド溝部分について
は、光導波路パタ−ン部分と同一材料であることが望ま
しいが、研削加工が可能で、光学素子用の成形型を作成
する際の600℃程度の温度に耐えられる材料であれば
よく超硬合金、サーメット、各種セラミックなどを用い
ても良い。The optical fiber guide groove portion is preferably made of the same material as that of the optical waveguide pattern portion, but it can be ground and is kept at about 600 ° C. when forming a mold for an optical element. Any material that can withstand temperature may be used, and cemented carbide, cermet, various ceramics, etc. may be used.
【0043】なお、光ファイバガイド溝についてはV字
形状に限らず、矩形、半円、台形などでもかまわない。The optical fiber guide groove is not limited to the V shape, but may be a rectangle, a semicircle, a trapezoid, or the like.
【0044】また、本マスタ型をガラス系材料からなる
材料の成形に用いる場合、プレス面に白金(Pt)、オ
スミウム(Os)、イリジウム(Ir)、ロジウム(R
h)、レニウム(Re)、ルテニウム(Ru)、タンタ
ル(Ta)、タングステン(W)のいずれか一つ以上を
主成分とする保護膜をコーティングすれば、成形時にお
ける型プレス面の劣化を防止できる。また、このような
保護膜を用いる場合には型との間に、型もしくは保護膜
に含まれる元素が含まれた中間層を設けることによって
保護膜の剥離を防止することができる。When this master mold is used for molding a material made of a glass material, platinum (Pt), osmium (Os), iridium (Ir), rhodium (R) is formed on the press surface.
h), rhenium (Re), ruthenium (Ru), tantalum (Ta), and tungsten (W) can be coated with a protective film to prevent deterioration of the die press surface during molding. it can. Further, when such a protective film is used, peeling of the protective film can be prevented by providing an intermediate layer containing an element contained in the mold or the protective film between the mold and the mold.
【0045】また、第1のマスタ型の製造方法におい
て、基板同士を直接接合によって接合したが、本発明は
これに限るものではなく、例えば接着層を用いても良
い。接着層を用いた場合は、光学素子用の成形型を作成
する際の加熱温度範囲において、基板同士の接続を保つ
必要がある。Further, in the first master type manufacturing method, the substrates are directly joined to each other, but the present invention is not limited to this, and an adhesive layer may be used, for example. When the adhesive layer is used, it is necessary to maintain the connection between the substrates within the heating temperature range when forming the mold for the optical element.
【0046】(実施の形態2)以下、図面を用いて本発
明の実施の形態2について説明する。(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0047】まず、入手したマスタ型を用いて光学素子
用の成形型を製造する方法について述べる。First, a method of manufacturing a molding die for an optical element using the obtained master die will be described.
【0048】図5において、51はマザーガラス、52
は光学素子用マスタ型、53は下型、54はヒータブロ
ック、55は成形室である。In FIG. 5, 51 is a mother glass and 52
Is a master mold for optical elements, 53 is a lower mold, 54 is a heater block, and 55 is a molding chamber.
【0049】図5に示すように成形室55に核形成剤を
含んだマザーガラス51をセットし、先に述べたマスタ
型52を対向してセットし、窒素もしくはアルゴンなど
の不活性ガスフロー、または真空下で加熱することによ
って、マザーガラスを軟化させる。加熱温度としてはガ
ラスの軟化温度付近(400〜550℃)とする。この
後、マスタ型52でガラスを成形後、冷却してガラスを
取り出す。次に取り出したガラスを高温炉に入れ、窒素
もしくはアルゴンなどの不活性ガスフロー、または真空
下で加熱する。このときの温度は600℃以上とする。
この後、室温まで冷却してガラスを結晶化する。As shown in FIG. 5, a mother glass 51 containing a nucleating agent is set in a molding chamber 55, the above-mentioned master mold 52 is set oppositely, and an inert gas flow such as nitrogen or argon is set. Alternatively, the mother glass is softened by heating under vacuum. The heating temperature is around the softening temperature of glass (400 to 550 ° C.). After that, the glass is molded by the master mold 52, then cooled and the glass is taken out. Next, the taken out glass is put into a high temperature furnace and heated under a flow of an inert gas such as nitrogen or argon or under vacuum. The temperature at this time is 600 ° C. or higher.
Then, it is cooled to room temperature to crystallize the glass.
【0050】これにより、マスタ型の反転形状を有する
成形型が製造できる。本製造方法では結晶化の際、ガラ
ス寸法が数%程度収縮するため、これを考慮してマスタ
型を作製しておく。あるいは寸法変化を回避するため
に、成形機内でマスタ型による成形を行い、加圧したま
まで高温まで加熱し、その後冷却してガラスを結晶化し
ても良い。この場合はほとんどマスタ型と寸法変化な
く、成形型を得ることが可能である。結晶化ガラスから
なる成形型は、このように成形によって複雑な形状転写
が可能であるのみならず、非常に機械的強度が高く、光
導波路パターンにような微細形状の成形には非常に有効
である。As a result, a mold having an inverted shape of the master mold can be manufactured. In this manufacturing method, the glass size shrinks by about several percent during crystallization, so the master mold is prepared in consideration of this. Alternatively, in order to avoid a dimensional change, the glass may be crystallized by performing molding by a master mold in a molding machine, heating to a high temperature while being pressurized, and then cooling. In this case, it is possible to obtain a molding die with almost no dimensional change from the master die. A mold made of crystallized glass is not only capable of transferring a complicated shape by molding in this way, but also has extremely high mechanical strength and is very effective for molding fine shapes such as optical waveguide patterns. is there.
【0051】なお、マザーガラスに含まれる核形成剤と
してはチタン(Ti)、ジルコニア(Zr)、鉄(F
e)、バナジウム(V)、ニッケル(Ni)、クロム
(Cr)、リチウム(Li)のいずれかの元素を含む酸
化物、硫化物、フッ化物、もしくは白金(Pt)、金
(Au)、銀(Ag)とすれば上記に述べた成形型の製
造方法が有効である。The nucleating agent contained in the mother glass is titanium (Ti), zirconia (Zr), iron (F).
e), oxides, sulfides, fluorides, or platinum (Pt), gold (Au), silver containing any one element of vanadium (V), nickel (Ni), chromium (Cr) and lithium (Li) If it is (Ag), the molding die manufacturing method described above is effective.
【0052】このようにして入手した成形型は図6のよ
うな形状を有する。図6において、61は光ファイバガ
イド溝成形部、62は光導波路パターン成形部である。The mold thus obtained has a shape as shown in FIG. In FIG. 6, 61 is an optical fiber guide groove forming portion, and 62 is an optical waveguide pattern forming portion.
【0053】このような形状を機械加工やエッチング加
工で実現することは困難であり、本実施の形態で述べた
製造方法は非常に有効である。また、マスタ型による成
形を用いて光学素子用の成形型を作製することにより、
非常に安価に成形型を入手でき、その結果として光学素
子を低コストで製造することが可能になる。It is difficult to realize such a shape by machining or etching, and the manufacturing method described in this embodiment is very effective. In addition, by producing a molding die for an optical element using molding by a master die,
The mold can be obtained at a very low cost, and as a result, the optical element can be manufactured at a low cost.
【0054】なお、成形型の成形条件、および結晶化の
際のアニール条件により寸法変化の程度にばらつきを生
じるためにマスタ型の形状については必ずしも目的とす
る光学素子と同一形状である必要はない。成形プロセス
やアニール条件に応じてマスタ型の形状を決定する。The shape of the master die does not necessarily have to be the same as that of the target optical element because the degree of dimensional change varies depending on the molding conditions of the molding die and the annealing conditions during crystallization. . The shape of the master mold is determined according to the molding process and annealing conditions.
【0055】成形型については、これを用いて成形する
光学素子の材料は問わない。例えば樹脂、ガラスなど熱
によって軟化する材料であればよい。また、マスタ型と
同様、ガラス系材料からなる材料の成形に用いる場合、
プレス面に白金(Pt)、オスミウム(Os)、イリジ
ウム(Ir)、ロジウム(Rh)、レニウム(Re)、
ルテニウム(Ru)、タンタル(Ta)、タングステン
(W)のいずれか一つ以上を主成分とする保護膜をコー
ティングすれば、成形時における型プレス面の劣化を防
止できる。また、このような保護膜を用いる場合には成
形型との間に、型もしくは保護膜に含まれる元素が含ま
れた中間層を設けることによって、保護膜の付着強度を
上げることができ、保護膜の剥離を防止することができ
る。With respect to the molding die, the material of the optical element molded using the molding die does not matter. For example, any material that is softened by heat, such as resin or glass, may be used. Also, like the master mold, when used to mold materials made of glass-based materials,
Platinum (Pt), Osmium (Os), Iridium (Ir), Rhodium (Rh), Rhenium (Re),
By coating a protective film containing at least one of ruthenium (Ru), tantalum (Ta), and tungsten (W) as a main component, deterioration of the die press surface during molding can be prevented. Further, when such a protective film is used, the adhesion strength of the protective film can be increased by providing an intermediate layer containing an element contained in the mold or the protective film between the mold and the mold. The peeling of the film can be prevented.
【0056】(実施の形態3)前述した実施の形態にお
いて製造された光学素子用成形型を用いて、実施の形態
2と同様の方法にて、加熱されて軟化した基材に前記光
学素子用成形型を加圧して押しつけて前記基材に前記光
学素子用成形型の反転形状を転写することで光学素子を
得ることができる。(Embodiment 3) Using the optical element molding dies manufactured in the above-described embodiment, in the same manner as in Embodiment 2, a heated and softened substrate is used for the optical element. An optical element can be obtained by pressing and pressing the molding die to transfer the inverted shape of the molding die for optical elements to the base material.
【0057】以上述べたようにマスタ型で成形型を作製
し、その成形型を用いて光学素子を形成すれば非常に効
率よく光学素子を製造することができる。本実施の形態
で述べた光導波路パターンと光ファイバガイドの同時成
形はもとより、寸法差の大きな形状を必要とする光学素
子全てに有用であることは言うまでもない。As described above, if the master die is used to form the molding die and the molding die is used to form the optical element, the optical element can be manufactured very efficiently. It goes without saying that it is useful not only for the simultaneous molding of the optical waveguide pattern and the optical fiber guide described in the present embodiment but also for all optical elements that require a shape with a large dimensional difference.
【0058】また、本発明のマスタ型、成形型において
はプレス面が以上述べた材料、構成であればよく、それ
以外の型構成部分が他の材料からなっていても構わな
い。Further, in the master die and the molding die of the present invention, the press surface may have the above-mentioned material and constitution, and the other die constituent parts may be made of other materials.
【0059】また、本実施の形態ではシングルモードの
光導波路、光ファイバを対象とした成形型、マスタ型に
ついて述べたが、本発明は特にシングルモードに非常に
有効であるが、マルチモードあるいはプラスチック光フ
ァイバに対しても有効である。In the present embodiment, the single mode optical waveguide, the molding die for the optical fiber, and the master die are described. The present invention is particularly effective for the single mode, but the multimode or the plastic is used. It is also effective for optical fibers.
【0060】また、光導波路パターン形状については矩
形溝の例を用いて説明したが、凹凸形状にかかわらず有
効である。Although the optical waveguide pattern shape has been described by using the example of the rectangular groove, it is effective regardless of the uneven shape.
【0061】なお、光学素子用成形型についても本実施
の形態で述べた方法以外に、コストは高いがLIGAプ
ロセスを用いても作製は可能である。The optical element molding die can also be manufactured by using the LIGA process although the cost is high, in addition to the method described in this embodiment.
【0062】[0062]
【発明の効果】以上説明したように、本発明のマスタ型
の製造方法によってマスタ型を得、これを用いることに
より非常に複雑な表面形状を備えた光学素子を大量かつ
安価に入手することができる。特に光導波路のような微
小形状と、これよりもサイズが1桁以上大きな光ファイ
バガイドを高精度に一括成形できる。As described above, the master type of the present invention
Resulting in the production process therefore the master type, to the use of this
Optical elements having a much more complicated surface shape can be obtained in large quantities and at low cost. In particular, a minute shape such as an optical waveguide and an optical fiber guide having a size larger than that by one digit or more can be collectively molded with high accuracy.
【図1】本発明の実施の形態1における本発明の光学素
子用マスタ型の構成図FIG. 1 is a configuration diagram of a master type for an optical element of the present invention in a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施の形態1における第1の光学素子
用マスタ型の製造工程を示す図FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process of a first master die for an optical element according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施の形態1における第2の光学素子
用マスタ型の製造工程を示す図FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process of a second master die for an optical element according to the first embodiment of the present invention.
【図4】実施の形態1における光ファイバガイド溝であ
るV溝と光ファイバコアの位置関係を示す断面図FIG. 4 is a cross-sectional view showing a positional relationship between an optical fiber core and a V groove that is an optical fiber guide groove in the first embodiment.
【図5】実施の形態2における光学素子用成形型を成形
で製造する際に用いる成形機の断面概略図FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a molding machine used when manufacturing the optical element molding die according to the second embodiment by molding.
【図6】実施の形態2における本発明の光学素子用成形
型の構成図FIG. 6 is a configuration diagram of a molding die for an optical element of the present invention in a second embodiment.
【図7】従来の一般的な光実装回路基板の構成図FIG. 7 is a configuration diagram of a conventional general optical mounting circuit board.
【図8】光ファイバ固定溝と光導波路溝を同時成形する
成形型の一例を示す構成図FIG. 8 is a configuration diagram showing an example of a molding die that simultaneously molds an optical fiber fixing groove and an optical waveguide groove.
11,24,34 光導波路溝パターン 12,22,32 光ファイバガイド溝 21,31 石英ガラス基板 23 未加工の石英ガラス基板 33 テラス(石英系材料薄膜) 51 マザーガラス 52 本発明の光学素子用マスタ型 53 下型 54 ヒータブロック 55 成形室 61 光ファイバガイド溝成形部 62 光導波路パターン成形部 71 シリコン基板 72 光導波路 73 光ファイバ 74 V溝ブロック 75 レーザダイオード 76 フォトダイオード 77 電気回路パターン 81 光ファイバガイド溝成形部 82 光導波路パターン成形部 11,24,34 Optical waveguide groove pattern 12, 22, 32 Optical fiber guide groove 21, 31 Quartz glass substrate 23 Unprocessed quartz glass substrate 33 Terrace (Quartz material thin film) 51 mother glass 52 Master type for optical element of the present invention 53 Lower mold 54 heater block 55 Molding room 61 Optical fiber guide groove forming part 62 Optical Waveguide Pattern Forming Section 71 Silicon substrate 72 Optical waveguide 73 optical fiber 74 V groove block 75 Laser diode 76 photodiode 77 electric circuit pattern 81 Optical fiber guide groove forming part 82 Optical Waveguide Pattern Forming Section
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嶋田 幹大 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 片岡 秀直 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−113924(JP,A) 特開 平7−287141(JP,A) 特開 平9−292542(JP,A) 特開 平8−292332(JP,A) 特開 平11−157851(JP,A) 特開 平10−139450(JP,A) 特開 平8−133761(JP,A) 特開 平7−218739(JP,A) 特開 平8−304645(JP,A) 特開 平11−218631(JP,A) 特開 平2−254404(JP,A) 特開 昭63−250609(JP,A) 特開2000−121870(JP,A) 米国特許5343544(US,A) A.Rogner et.al.,M ass fabrication of passive polymer m ultimode and singl e−mode waveguide d evices,1994 Optical Fiber Communicatio n Conference Techn ical Digest,pp.279− 280 A.Neyer et.al.,El ectronics Letters, 1993年 2月18日,Vol.29 No. 4,pp.399−401 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/12 - 6/14 G02B 6/30 C03B 11/00 - 11/16 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Mikihiro Shimada 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Hidenao Kataoka 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. In-company (56) Reference JP-A-7-113924 (JP, A) JP-A-7-287141 (JP, A) JP-A-9-292542 (JP, A) JP-A-8-292332 (JP, A) ) JP-A-11-157851 (JP, A) JP-A-10-139450 (JP, A) JP-A-8-133761 (JP, A) JP-A-7-218739 (JP, A) JP-A-8- 304645 (JP, A) JP 11-218631 (JP, A) JP 2-254404 (JP, A) JP 63-250609 (JP, A) JP 2000-121870 (JP, A) US Patent 5343544 (US, A) A. Rogner et. al. , Mass assembly of passive polymer multimode and single e-mode waveguide de devices, 1994 Optical Fiber Communicance Technology. 279-280 A. Neyer et. al. , Electronics Letters, February 18, 1993, Vol. 29 No. 4, pp. 399-401 (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02B 6/12-6/14 G02B 6/30 C03B 11/00-11/16
Claims (2)
ガイド部を形成し、前記第1の部材の一部に第2の部材
を設け、前記第2の部材を所定の厚みに研磨し、前記第
2の部材上にフォトリソグラフィ、エッチングにより光
導波路パターンを形成することを特徴とする光学素子用
マスタ型の製造方法。1. An optical fiber guide portion is formed on a first member by grinding, a second member is provided on a part of the first member, and the second member is polished to a predetermined thickness. A method of manufacturing a master die for an optical element, comprising forming an optical waveguide pattern on the second member by photolithography and etching.
ド部を形成し、前記型部材に部分選択的に薄膜コーティ
ングして、前記光ファイバガイド部の一部を埋め込むと
ともに前記型部材表面よりも高くテラスを形成し、その
後、前記テラスを所定の厚みに研磨し、前記テラスにフ
ォトリソグラフィ、エッチングを行って光導波路パター
ンを形成することを特徴とする光学素子用マスタ型の製
造方法。2. An optical fiber guide portion is formed on the mold member by grinding, and the thin film is partially and selectively coated on the mold member so that a part of the optical fiber guide portion is embedded and the height is higher than the surface of the mold member. A method of manufacturing an optical element master mold, comprising forming a terrace, then polishing the terrace to a predetermined thickness, and performing photolithography and etching on the terrace to form an optical waveguide pattern.
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