JP2001500637A - 光電子部品の製造方法およびその方法に従って製造される光電子部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 これまで光ファイバ領域に用いられている光電子部品は気密カプヤル封止された石英およびガラスの導波路を含んでおり、そのような部品は利益を追求する用途に対して余りに製造コストが掛かり過ぎる。例えば、ベンゾ・シクロブテン・ポリマー（ＢＣＢ）樹脂からポリマー製単一モード（ＳＭ）導波路を作製することによって、導波路を作製するための簡略で信頼できる安価な概念が得られる。ダウケミカル社から市販され入手できるＢＣＢの２つのグレードは、更に、ＳＭ特性を備えた埋め込み型導波路の製造を許容する屈折率差を有する。これらの２つのタイプのＢＣＢ材料は、いわゆる埋め込みＳＭ導波路の製造用として有用であると唱われている。すなわち、熱硬化性のグレード（１、４）は導波路の上部および下部クラッディングのために用いられ、また感光性の種別（３）は導波路材料として用いられる。導波路チップのカプセル封止はこのように、部品の端面にコネクタインターフェースを形成するのと同時に樹脂で以て行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】 光電子部品の製造方法およびその方法に従って製造される光電子部品 発明の分野 本発明は光電子部品を製造するための方法およびその方法に従って製造される 光電子部品に関するものであって、ここにおいて、光電子部品の導波路は樹脂で 作ることができ、また樹脂に封止することができる。 技術の現状 新しいタイプの双方向性マルチメディアサービスが導入されることによって、 既存の電気通信ネットワーク・インフラストラクチャに対する本質的な容量増大 の要求が高まっている。このことは、接続、伝送、アクセス、およびシステム装 置内に光ファイバ技術を幅広く活用することなしには実現不可能である。低コス トの導波路技術は、光学的解決策のためのブレークスルーに寄与できるはずの最 も重要な領域の１つである。これまで、シリコン上のシリコンが、電気通信応用 での導波路材料として一般的に使用されてきた。しかし、低コストで大量生産の シナリオを完全に達成するためには、唯一低コストで数工程のプロセスを導入す ることが必要であり、そのことはポリマー材料の利用を通してしか実現できない 。 発明の開示 これまで、樹脂でできた導波路を備える光学部品は、例えば、石英およびガラ スで作られた導波路を備えるアクセス部品に対して要求される高度に厳しい仕様 を達成することはできなかった。受動型であれ能動型であれ光学部品は、もしそ れらを製造することがさほど高価につかなければ、アクセスおよびデータ通信応 用の開発に大きな影響を与えるはずである。現在光ファイバ領域で市販されてい る光電子部品は石英および水晶の導波路上にカプセル密封されているが、それは 大量生産のためにはしばしば余りに高価につく。 ベンゾ・シクロブテン・ポリマー（ＢＣＢ）のポリマー製単一モード（ＳＭ） 導波路の作製を通して、導波路作製のための簡単で信頼できる安価な概念が得ら れる。ＢＣＢの市販されていて入手できるグレードの２つは、更に、ＳＭ特性を 備える埋め込み型導波路の製造を許容する屈折率差を有している。この今や市販 され入手できる材料ＢＣＢはサイクロテン（登録商標Ｃｙｃｌｏｔｅｎｅ）の名 称で存在しており、それはダウ・ケミカル社からの比較的新しい材料で、最初の 例ではマイクロエレクトロニクス応用での誘電層用を意図して開発されたもので ある。ＢＣＢ材料は非常に優れた誘電特性、低い湿度吸収、より良い平坦化特性 、より良い熱的安定性、およびポリイミドと比べてより低い収縮性を有している 。２つのタイプのＢＣＢ材料は特に埋め込み型のＳＭ導波路の製造に有用である と唱われている。熱硬化性のグレードは導波路の上部および下部クラッディング 用として使用され、また光で定義できる種別はフォトＢＣＢと呼ばれて導波路材 料として使用される。導波路チップのカプセル封止は、従って、部品の端面にコ ネクターインターフェースが形成されるのと同時に樹脂を用いて行うことができ よう。 この導波路の概念によって、廉価な光電子部品を製造するための大きな開発の 潜在性が現実のものとなり、そこにおいて例えばトランシーバーモジュールを作 製する目的で、ＰＩＮダイオードおよびレーザーダイオードのような能動部品と 導波路を接続することができる。ＢＣＢ導波路技術で以て光学的能動および受動 部品を製造するための概念の開発を通して、開発における多数の異なる工程が管 理可能な数に収斂し、しかも両端にＭＴインターフェースを備えるＷＤＭフィル タモジュールおよび光学的スプリッタのような市場で興味を持たれる製品の開発 が可能となる。 本発明に従う“リテイナー”タイプのＭＴ接続インターフェースの利用によっ て、例えば、いわゆるピグテール構造のものと比較してより優れたコンパクト性 および低製造コストを手にすることが可能である。 同時に、この大量生産のための新しい低コスト製造技術は注目を集めるにちが いない。従って、そのような目的のために、大容積中の詳細な樹脂部分を非常に 厳しい許容誤差で以て射出成形およびトランスファプレスするための能力を高め なければならない。第１の例において、能動部品に付随する潜在的な信頼性の問 題は、このように、樹脂材料のプロセスおよびデバイス互換性の問題がもっと良 く理解された後の段階において解決されるであろう。 図面の説明 図１は本発明に従う簡略化されたパワースプリッタモジュールを示す。 図２は導波路作製用の電子ビームマスクの一部を示す。 図３は本発明に従ってリボンファイバ接続用コネクタとつながれたカプセル封 止スプリッタモジュールを示す。 図４は６Ｔｍ、３．６ｃｍの長さのＢＣＢ導波路に関する減衰曲線を示す。 図５ＡおよびＢは方向性カプラーの光学的評価を示す。 好適実施例の説明 光電子部品の本発明に従う製造方法、すなわち光電子部品を形成する技術それ 自身は、ＢＣＢから単一モード導波路を製造すること、およびそれと同時に受動 的に位置合わせしてそれらをカプセル封止することに基づいている。ＳＭ−ＢＣ Ｂ導波路製造のためのプロセスフローについてまずここで説明しよう。 パワースプリッタモジュール中の導波路構造は、図１に従えば、まず１．３ｍ ｍ厚のシリコン円盤等の基板２上にＢＣＢ（酸化防止剤なし）でできた底部クラ ッディング１を、次に感光性ＢＣＢ（サイクロテン（Ｃｙｃｌｏｔｅｎｅ）４０ ２４−４０）のコア３とＢＣＢ（酸化防止剤なし）の被覆クラッディング４とを 含むことができる。底部あるいは下部クラッディング１は、シリコン円盤２の上 へ酸化防止剤なしのＢＣＢＸＵ１３００５．１９を１２００ｒｐｍでスピン塗布 することにより１０Ｔｍの厚さに堆積され、それに続いて特別なプログラムに従 って窒素ガス雰囲気中においてディスクオーブンで“ソフト・ベーキング”され る。コア３は、サイクロテン（Ｃｙｃｌｏｔｅｎｅ）４０２４−４０を３０００ ｒｐｍで５Ｔｍの厚さにスピン塗布し、次に対流型のオーブンで９０□、１０分 間のプリベークを行い、それに続いて導波路パターンを形成するために、電子ビ ームで作製されたリソグラフィマスク５をキュアリングコンタクト（ｃｕｒｉｎ ｇ ｃｏｎｔａｃｔ）させて露光が行われる。これについては図２を参照された い。現像はＤＳ３０００を用いて３０□Ｃで１５分間行われ、その後、洗剤の水 溶液でリンスされる。乾燥はスピンナーあるいはリンサーおよびドライヤー上で 行われる。それに続くソフトベーキングはディスクオーブンで、特別なＩＭＣベ ーキングプログラムに従って窒素雰囲気中で行うことができる。上 部クラッディング４は、酸化防止剤なしのＢＣＢＸＵ１３００５．０１を１２０ ０ｒｐｍで１０Ｔｍにスピン塗布することによって行われ、それに続いて特別な ベーキングプログラムに従ってディスクオーブンで窒素雰囲気中の硬化ベーキン グが行われる。０．７５Ｔｍシリコン円盤中のＶ字形溝構造のような位置合わせ 構造６を、ＢＣＢをマスクとしてパターニングすることができ、そこでは３枚の マスクを連続して使用することが好ましい。それに続く部品製造工程では、次に 圧縮成形のためのジグ中へ円盤が設置される時に、適当な標準的方法でシリコン 円盤から導波路チップが切り出される。 シリコン円盤のＶ字形溝は、この例では、ＭＴコネクタのガイドピン８用の孔 ７を整形するための鋳型ピンがそれらに押し当てられるようになっている。この ように、コネクタのガイドピンを導波路と位置合わせするために、高品位技術の フォトリソグラフィ手法が使用できる。導波路用、導波路のカプセル封止用、お よび光学的インターフェースをシリコンと一緒に整形することのために、それぞ れ対応するＢＣＢ樹脂が使用される。部品製造の最終段階は、インターフェース ９、シリコン、および樹脂（ＢＣＢ）を一緒に研磨することであり、これは例え ばＭＴコネクタ用の従来の研磨法を用いて実行できる。図２に示されるように、 電子ビームで作製したリソグラフィマスク５で、直線部１０、スプリッタ１１、 および方向性カプラーのパターン１２の両方が作製できる。図２はいくつかの異 なるパターンを備える電子ビームマスク５の一部を示している。端面での導波路 間分離は２５０Ｔｍでよい。それによって、チップサイズは、例えば、トランス ファ・プレスの鋳型間隔と整合されるべきである。Ｙ字形スプリッタおよび方向 性カプラーに使用される曲率半径は３０ｍｍ付近に選ぶことができる。方向性カ プラーは６ないし１０Ｔｍの間の幅を持つことができ、また異なる長さおよび分 離距離を持つことができる。典型的なコア層の厚さは７Ｔｍで構わない。 スプリッタ／ディストリビュータは、従って、接続コネクタへつなぐことがで きる。カプセル封止されたものもカプセル封止されないものも、いずれの導波路 についても光学特性が調べられた。導波路のＳＭ特性が、裸のチップ上の異なる ＢＣＢバッチに対して調べられ、そこでは適当な再現性を示すことができた。初 歩的な寿命試験も行われ、カプセル封止されない導波路で、ＳＭ特性が少なくと も１年間は保持されることが示された。多重モード導波路での“カットバック測 定（ｃｕｔ ｂａｃｋ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）”では約０．６ｄＢ／ｃｍの 減衰が測定された。 図３は、光ファイバ接続コネクタ、いわゆるＭＴコネクタ１４へつながれたカ プセル封止方向性カプラー１３を示している。導波路構造をカプセル封止して光 学的ＭＴインターフェースを形成するためにトランスファ成形プロセスが用いら れる。使用される材料はシリコンを含む熱硬化性の樹脂であるべきである。イン ターフェースに相対的な導波路の方向を決めるために、例えば、ＫＯＨでのエッ チングのような標準的なプロセスを用いてシリコン基板上にＶ字形の溝をエッチ することができる。成形用ジグ中で、これらのＶ字形溝は金属ピンに対して押し つけられて、それに従ってＭＴインターフェースガイドピン用の正確な孔が形成 される。この場合、方向の精度は、導波路パターニングのためのリソグラフィ手 法の精度と、樹脂材料の機械的な安定性をより重要でないものとするＶ字形溝の ＫＯＨエッチングの精度とに依存する。この技術は単一モード特性、すなわち、 ±０．５Ｔｍ付近の方向精度を達成する可能性を有する。シリコンキャリア上に ＢＣＢ導波路を備えるＭＴインターフェースの研磨は、光学的接続コネクタ用に 用いられる標準的な方法を修正して実施された。 いわゆるＢＣＢ導波路を評価するために、カプセル封止されたものとカプセル 封止されないものの両方について直線形導波路の光学的損失の測定が行われ、他 方、方向性カプラー構造もまた光学的評価が行われた。０．６−１．６Ｔｍの波 長領域での異なる導波路幅に対する光学的損失がスペクトル解析によって測定さ れた。白色光源からの光が、例えば、屈折率調節用ゲルと一緒に単一モードファ イバを用いて、ここ導波路へ密着接続された。出力では、ＢＣＢ導波路は屈折率 調節用ゲルを用いて多重モードファイバ（ＮＡ＝０．２５）へ接続された。 図４は、入力および出力接続の損失を加えた場合の、導波路のダイアグラムを 示す。１２Ｔｍまでの幅を有する直線形導波路に対して単一モード特性が決定さ れた。この図には、６Ｔｍの導波路に対して、光学的損失に関する典型的な曲線 が波長の関数として示されている。研磨された端面を有するカプセル封止直線形 導波路の損失測定は、カプセル封止されない導波路に関するものとほとんど同じ 損失を与えた。 図５ＡおよびＢは方向性カプラー構造の評価を示しており、それにより本測定 は他の測定と併せて、開発された導波路概念が波長１３３０と１５５０とを明確 に分離できることを示している。図面には、方向性カプラーの特性評価から得ら れた結果の一部だけが示されている。方向性カプラーは同一の相互作用長を有す るが、接続領域の導波路間には異なる距離間隔を有している。各々の方向性カプ ラーに対して、光は２つの入力導波路のうちの一方から送り込まれる。光学効果 が、同一チャンネルの導波路（図５Ａ参照）と、他方の導波路（図５Ｂ参照）と から測定された。結果は導波路分離の関数として示されている。図ＡおよびＢに おいて、５．９Ｔｍの導波路分離を有する方向性コネクタはＶＤＭフィルタのよ うに機能し、それは２つの異なる出力出口において１．３１Ｔｍと１．５３Ｔｍ の波長を区別することができる。結論として、光学的受動分岐配置用としてＢＣ Ｂ導波路を使用することで、複雑でない標準的な方法で単一モード特性が実現で き、導波路は、能動部品をつながれたあるいはつながれない、直線形導波路、パ ワー分割器、およびＶＤＭフィルタとして使用することができて、樹脂によるカ プセル封止が可能であり、またインターフェース研磨の標準的方法が許容される 、と言えよう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年１２月１０日（１９９８．１２．１０） 【補正内容】 請求の範囲 １．例えば、接続コネクタあるいは同等品へつなぐことのできる導波路を備え た光電子部品を作製するための方法であって、ここにおいて、例えばシリコン基 板のような基盤の上へ、導波路を形成するために協力するような材料が選ばれた 場合に、第１の材料の層が配置され、それの上に第２の材料が配置され、前記第 １材料上へ導波路パターンを形成する目的で、その部品のための適当な導波路パ ターンを有する例えばマスクで以て第２材料の一部が除去され、前記導波路パタ ーンおよびその導波路パターンを取り囲む空間上へ第１材料の別の層が供給され 、それによって前記導波路パターンが第１材料で取り囲まれ、更に光電子部品の 端面が、例えば研削および研磨によって、接続可能とするようにアレンジされる ようになっており、ここに前記第１材料としてベンゾ・シクロブテン・ポリマー （ＢＣＢ）が用いられ、また前記第２材料として感光性ベンゾ・シクロブテン・ ポリマー（ＢＣＢ）が用いられることを特徴とする方法。 ２．例えば、接続コネクタまたは同等品へつなぐことのできる導波路を備えた 光電子部品であって、ここにおいて、例えばシリコンの基盤（２）の上へ第１の 材料の層が配置され、前記第１材料の上へ第２の材料の導波路パターン（３）が 配置され、前記導波路パターンおよび導波路パターンを取り囲む空間の上へ前記 第１材料の別の層（４）が配置されることによって導波路パターン（３）が材１ 材料（１、４）によって取り囲まれ、更に前記各材料が協力して導波路を形成す るようなものに選ばれており、ここに前記第１材料（1、４）としてベンゾ・シ クロブテン・ポリマー（ＢＣＢ）が用いられ、また前記第２材料（３）として感 光性ベンゾ・シクロブテン・ポリマー（ＢＣＢ）が用いられることを特徴とする 光電子部品。 ３．第２項記載の光電子部品であって、少なくとも１つの能動部品が導波路へ つながれていることを特徴とする光電子部品。 ４．第２項または第３項記載の光電子部品であって、導波路パターンが少なく とも１つのスプリッタ（１１）を含んでいることを特徴とする光電子部品。 ５．第２項または第３項記載の光電子部品であって、導波路パターンが少なく とも１つの方向性カプラーを含んでいることを特徴とする光電子部品。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ハゲル，オルレ，ヨニイ スウェーデン国 エス―582 35 リンケ ピング，レクトルスガタン ３ (72)発明者 エリクセン，ポール スウェーデン国 エス―135 45 ティレ ソ，スコグスベーゲン 16

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．例えば、接続コネクタあるいは同等品へつなぐことのできる導波路を備え た光電子部品を作製するための方法であって、例えばシリコン基板のような基盤 の上へ、導波路を形成するために協力するような材料が選ばれた場合に、第１の 材料の層が配置され、それの上に第２の材料が配置されること、前記第１材料上 へ導波路パターンを形成する目的で、その部品のための適当な導波路パターンを 有する例えばマスクで以て第２材料の一部が除去されること、前記導波路パター ンおよびその導波路パターンを取り囲む空間上へ第１材料の別の層が供給され、 それによって前記導波路パターンが第１材料で取り囲まれること、および光電子 部品の端面が例えば研削および研磨によって接続可能となるようにアレンジされ ること、を特徴とする方法。 ２．第１項記載の方法であって、第１材料としてベンゾ・シクロブテン・ポリ マー（ＢＣＢ）が用いられ、また他方の材料として感光性ベンゾ・シクロブテン ・ポリマー（ＢＣＢ、サイクロテン（Ｃｙｃｌｏｔｅｎｅ）４０２４−４０）が 用いられることを特徴とする方法。 ３．例えば、接続コネクタまたは同等品へつなぐことのできる導波路を備えた 光電子部品であって、例えばシリコンの基盤（２）の上へ第１の材料の層（１） が配置されること、前記第１材料の上へ第２の材料の導波路パターン（３）が配 置されること、前記導波路パターンおよび導波路パターンを取り囲む空間上へ前 記第１材料の別の層（４）が配置されて、導波路パターン（３）が材１材料（１ 、４）によって取り囲まれること、および前記各材料が協力して導波路を形成す るように選ばれたものであること、を特徴とする光電子部品。 ４．第３項記載の光電子部品であって、少なくとも１つの能動部品が導波路へ つながれていることを特徴とする光電子部品。 ５．第３項または第４項記載の光電子部品であって、導波路パターンが少なく とも１つのスプリッタ（１１）を含んでいることを特徴とする光電子部品。 ６．第３項または第４項記載の光電子部品であって、導波路パターンが少なく とも１つの方向性カプラーを含んでいることを特徴とする光電子部品。 ７．第３項ないし第６項のうちの任意の項記載の光電子部品であって、前記第 １材料（１、４）がベンゾ・シクロブテン・ポリマー（ＢＣＢ）であること、お よび前記第２材料（３）が感光性のベンゾ・シクロブテン・ポリマー（ＢＣＢ、 サイクロテン（Ｃｙｃｌｏｔｅｎｅ）４０２４−４０）であることを特徴とする 光電子部品。