JP2004309552A - 光回路部材とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】導波路に光結合用の回折格子を形成すると同時にレンズ形成用型基板とのアライメントマーカを形成して、高精度で低コストで製造するようにする。
【解決手段】第１クラッド層１１１とコア層１１２と第２クラッド層１１３とを積層してなり、コア層１１２に回折格子１１５が形成されており、クラッド層の外側に回折格子１１５に光学的に接続するレンズ１２１が設けられてなる光回路部材の製造の際、回折格子１１５とレンズを形成する型基板１５０との位置合わせをするアライメントマーカ１３０を、コア層１１２に回折格子１１５を形成する工程と同時にコア層１１２の異なる領域い別の回折格子として形成し、アライメントマーカ１１５と、型基板１５０に形成されているアライメントマーカ１５２とによって位置合わせをすることによりレンズ１２１を形成する。
【選択図】 図１
【解決手段】第１クラッド層１１１とコア層１１２と第２クラッド層１１３とを積層してなり、コア層１１２に回折格子１１５が形成されており、クラッド層の外側に回折格子１１５に光学的に接続するレンズ１２１が設けられてなる光回路部材の製造の際、回折格子１１５とレンズを形成する型基板１５０との位置合わせをするアライメントマーカ１３０を、コア層１１２に回折格子１１５を形成する工程と同時にコア層１１２の異なる領域い別の回折格子として形成し、アライメントマーカ１１５と、型基板１５０に形成されているアライメントマーカ１５２とによって位置合わせをすることによりレンズ１２１を形成する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光回路部材とその製造方法に関し、特に、フレネルレンズ等のマイクロレンズを設けた光回路部材の製造工程での位置合わせ機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットの急激な普及により、ネットワーク上の情報量は飛躍的に増大しており、高速ネットワークを支える通信情報装置や情報端末装置には、高速パフォーマンスと経済性が要求される。
【０００３】
高速パフォーマンスを実現するためにはＬＳＩの高速化、高機能化が重要であるが、これらを用いて実装する技術も必須となる。
【０００４】
しかし、高速ＬＳＩをボードに実装し、キャビネットレベルまでの装置構成にすると、ＬＳＩ間の伝送距離や電気信号の伝送速度限界によって、ＬＳＩの高速性を活かすのが困難となる問題が起こってくる。
【０００５】
このため、ＬＳＩ間の伝送距離を極力短くする３次元積層ＬＳＩ構成とする試みと、ボード内あるいはボード間のＬＳＩ間の比較的短い距離の信号伝送に光を用いる光電気複合実装技術の開発が進められている。
【０００６】
光電気複合実装技術については、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）と受光素子を有機光導波路を介して光接続する方式が検討されている。面型素子同士の接続であるため、導波路には、直角に光を曲げる光路変換機能が必要となり、導波路を４５°にダイシング加工し、ミラー面を形成する方法が用いられている。あるいは、光ファイバ先端を４５°に研磨した光ピンを作製し、導波路に空けたスルーホールに挿入する方法も検討されている。また、光接続損失を低減するため、導波路と光素子の間に、マイクロレンズを形成する方法も用いられている。
【０００７】
上記の構造については、非特許文献１、非特許文献２、特許文献１等に関連する技術が開示されている。
【０００８】
光導波路に端面以外から光を入出力し、その光路を曲げる方法としては、上記４５°ミラーの他に、特許文献２に記載されている光導波路に回折格子（グレーディング）構造を作製する方法が知られている。また、導波路上にグレーティングカプラを形成することにより、導波路の加工のみで、光路変換、並びに、自由な配置に形成する方式が提案されている（特願２００２−３３７０７８号）。また、導波路と光素子の間にマイクロレンズを形成する方法については、フレネルレンズを導波路クラッド上に光重合法（２Ｐ法で作製する方式が提案されている（特願２００２−３３７０７８号）。
【０００９】
一方、光素子、光学素子、マスク、型基板の相対位置合わせについては、アライメントマーカを用いた方法が一般的に用いられている。アライメントマーカについては、金属膜を用い基板や光素子、光学素子上にパターンを形成する方法や、マイクロレンズやそのアレイを用いた方法が知られている。これらの技術は、例えば、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８等に記載されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−２４８９５３号公報
【００１１】
【特許文献２】
特開２０００−８９１８６号公報
【００１２】
【特許文献３】
特開２００１−３１８２５６号公報
【００１３】
【特許文献４】
特開２００１−２９７９６３号公報
【００１４】
【特許文献５】
特開２００２−３３１５３２号公報
【００１５】
【特許文献６】
特開２０００−２８４１３５号公報
【００１６】
【特許文献７】
特開平８−１３６７０４号公報
【００１７】
【特許文献８】
特開２００２−１２２７０８号公報
【００１８】
【非特許文献１】
電子情報通信学会論文誌Ｖｏｌ． Ｊ８４−Ｃ、Ｎｏ． ９、ｐｐ． ７１５−７２６（２００１）
【００１９】
【非特許文献２】
電子情報通信学会論文誌Ｖｏｌ． Ｊ８４−Ｃ、Ｎｏ． ９、ｐｐ． ７３６−７４８（２００１）
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
導波路のグレーティングカプラ上にフレネルレンズを形成する型基板を位置合わせする場合に、例えば導波路の基板に金属薄膜等でアライメントマーカを形成した場合、導波路を形成した層の上部（レンズを形成する面）と導波路の基板面とで高さの差が生じるため、焦点がボケてしまう可能性がある。また、導波路とその基板のアライメントマーカとの位置ずれが蓄積されてしまうため、導波路（グレーティングカプラ）とレンズの相対位置ずれが大きくなってしまう可能性もある。したがって、アライメントマーカとしては、導波路を形成した層の上部（レンズを形成する面）の近傍に、導波路の形成と同時に形成されることが望ましい。
【００２１】
また、電極パターン等の金属薄膜を特に導波路の基板に形成する必要がない場合、アライメントマーカのための金属薄膜形成はコスト高につながる。したがって、導波路形成時等、素子形成の際にアライメントマーカが同時に形成されることが望ましい。
【００２２】
本発明は従来技術のこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、導波路にグレーティングカプラを形成すると同時にレンズ形成用の型基板とのアライメントマーカを形成するようにして光回路部材を、高精度で工程数少なく低コストで製造できるようにすることである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の光回路部材は、第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層より屈折率の高いコア層と、前記コア層より屈折率の低い第２のクラッド層とをこの順に積層してなり、前記コア層にレリーフ型又は屈折率変調型の回折格子が形成されており、前記第１のクラッド層又は前記第２のクラッド層の外側に、前記回折格子に光学的に接続するレンズが設けられてなる光回路部材において、
前記回折格子と前記レンズを形成する型基板との相対位置合わせをするアライメントマーカが、前記コア層の前記回折格子とは異なる領域であって導波領域外に別の回折格子として設けられていることを特徴とするものである。
【００２４】
この場合、別の回折格子が回折格子と同じレリーフ型又は屈折率変調型の回折格子として設けられていることが望ましい。
【００２５】
また、別の回折格子がコア層の面に対して傾斜した体積型の回折格子として形成することができる。
【００２６】
また、本発明の光回路部材の製造方法は、第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層より屈折率の高いコア層と、前記コア層より屈折率の低い第２のクラッド層とをこの順に積層してなり、前記コア層にレリーフ型又は屈折率変調型の回折格子が形成されており、前記第１のクラッド層又は前記第２のクラッド層の外側に、前記回折格子に光学的に接続するレンズが設けられてなる光回路部材の製造方法において、
前記回折格子と前記レンズを形成する型基板との相対位置合わせをするアライメントマーカを、前記コア層に前記回折格子を形成する工程と同時に、前記コア層の前記回折格子とは異なる領域であって導波領域外に別の回折格子として形成し、そのアライメントマーカと、前記レンズを形成する型基板に形成されているアライメントマーカとによって位置合わせをすることにより前記レンズを形成するを特徴とする方法である。
【００２７】
この場合に、レンズを形成する型基板に形成されているアライメントマーカを回折光学素子から構成することができる。
【００２８】
また、コア層の回折格子とは異なる領域に別の回折格子として形成されているアライメントマーカが、コア層の面に対して傾斜した体積型の回折格子として形成することができる。
【００２９】
また、回折格子と別の回折格子をレリーフ型又は屈折率変調型の回折格子として形成することができる。
【００３０】
本発明においては、コア層に形成される光結合用の回折格子と、レンズを形成する型基板との相対位置合わせをするアライメントマーカとを、コア層に同時に形成するようにしたので、光結合用の回折格子とアライメントマーカとの位置精度が向上し、かつ、導波路を形成した層の上部（レンズを形成する面）とレンズを形成する型基板の面との高さ差をクラッド層の厚さ分程度まで低減することができるため、焦点のボケを低減することができる。そのため、高精度で工程数少なく低コストで光回路部材を製造することができる。
【００３１】
なお、レンズを形成する型基板側のアライメントマーカが回折光学素子からなると、レンズを形成すると同時にそのアライメントマーカの複製像が光回路部材上に残るため、光回路基板をさらに別の基板に実装する際のアライメントマーカとしてその複製像を使用できる。また、金属薄膜をアライメントマーカとして用いることができない樹脂材料製のレンズを形成する型基板にも適用できるため、製造コストを低減することができる。
【００３２】
また、コア層に形成されるアライメントマーカがコア層の面に対して傾斜した体積型の回折格子として形成すると、アライメントマーカとその周囲の光の透過部とでの光の濃淡のコントラストを上げることができ、位置合わせ精度を向上させることができる。
【００３３】
また、アライメントマーカの回折格子の周期は、光結合用の回折格子と同じで、使用する波長に応じて決定される。観察光としてはその波長近傍の光を用いることによりコントラストを上げることができる。
【００３４】
なお、導波光と観察光のそれぞれの伝搬ベクトルをβａ 、βｂ とした場合、２ 波が結合するためには、Ｋを格子ベクトルとして、
βｂ＝βａ＋ｑＫ、ここでｑ＝０、±１、±２
の位相整合条件を満たし、厚い屈折率変調型回折格子で形成すればよい。ただし、Λは回折格子の周期とし、Ｋ＝２π／Λで、ｑは放射光の次数に相当する値をとる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明の光回路部材とその製造方法を、図面を参照にしながら実施例に基づいて説明する。
【００３６】
図１（ａ）は、本発明の光回路部材の１実施例の概略図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ１−Ａ２方向における光回路部材の全体と型基板の断面図、図１（ｃ）は、図１（ｂ）の型基板側アライメントマーカ部の拡大図であり、図２は、アライメントマーカを観察する装置の概略図であり、図３は、図２の観察する装置で型基板と光回路部材を上面から見た赤外線観察像であり、図４は図１に示す光回路部材の製造工程を示す概略図である。図５は、本発明による光回路部材を用いた光電気混載基板の１例の概略図である。
【００３７】
なお、図１（ａ）は一部を切り欠いて透視した状態で、アライメントマーカ１３０、１３１、導波路１１０、フレネルレンズ１２１、１２２を分かりやすく簡略化して示した図である。
【００３８】
図１〜図５中、符号１００は光回路部材、１１０は（光）導波路、１１１は第１のクラッド層、１１２はコア層、１１３は第２のクラッド層、１１５、１１６は回折格子（グレーティングとも言う。）、１２０はフレネルレンズ層（フレネルレンズ形成層とも言う。）、１２１、１２２はフレネルレンズ、１３０、１３１は光回路部材側アライメントマーカ、１４０は基板、１５０はフレネルレンズ型基板、１５１はフレネルレンズ形成部、１５２、１５３は型基板側アライメントマーカ（型）、１５２’、１５３’は型基板側アライメントマーカ（型）のエッジ、２００は光回路部材、２０５はフレネルレンズ形成用素材、２０６は回折格子、２０７は光回路部材側アライメントマーカ、２１０はフレネルレンズ型基板、２２０は対物レンズ、２３０は顕微鏡、２４０は赤外線カメラ、２５０はモニタ、２６０は干渉フィルタ、２７０は赤外光、３００は赤外線透過像全体、３１０は導波路回折格子部透過像、３２０はフレネルレンズ部透過像、３３０、３３１は光回路部材側アライメントマーカ透過像、３４０、３４１は型基板側アライメントマーカ透過像、４１０は基板、４２１は第１のクラッド層形成用素材、４２２はコア層形成用素材、４２２Ａは紫外線露光後のコア層形成用素材、４２２’は導波路、４２３は第２のクラッド層形成用素材、４３０、４３５はフォトマスク、４３５’は回折格子、４４０、４４５、４４７は紫外線、４５０は回折格子、４６０はフレネルレンズ型基板、４７０はフレネルレンズ形成用素材、４７５はフレネルレンズである。
【００３９】
まず、本発明の光回路部材の１実施例を、図１に基づいて説明する。
【００４０】
本例の光回路部材は、基板１４０上に、各層が有機材料からなる、第１のクラッド層１１１と、第１のクラッド層１１１より屈折率の高いコア層１１２と、コア層１１２より屈折率の低い第２のクラッド層１１３とを、この順に積層てなる有機光導波路部材１００で、コア層１１２のサイズは例えば５０μｍ角であり、そのコア層１１２に屈折率変調型の回折格子がアライメントマーカ１３０、１３１及びグレーティングカプラ１１５、１１６として形成されている。
【００４１】
波長１． ３μｍ帯の光源を使用した場合を想定し、グレーティングカプラ１１５、１１６の回折格子の傾斜角は３４°、その回折格子の周期は０． ５０μｍに設定されている。導波路１１０の実効屈折率は１． ５８である。これにより、ブラッグ条件が満たされ、約１２°の角度で空気中へ放射される。１例としての値であるが、使用する波長、導波路の屈折率、傾斜角に応じて、回折格子１１５、１１６の周期を設定すればよいことは言うまでもない。
【００４２】
第２のクラッド層１１３の上部に、グレーティングカプラ（回折格子）１１５、１１６に光学的に接続するためのそれぞれフレネルレンズ１２１、１２２が配設されており、フレネルレンズ１２１、１２２は導波路１１０に沿う方向に長軸を持つ楕円形状の同心輪帯形状をしている。フレネルレンズ１２１、１２２を形成するための型基板１５０を図示しているが、フレネルレンズ形成部１５１と、その両脇に型基板側アライメントマーカ（型）１５２、１５３が形成されている（フレネルレンズ１２１側のみを図示してある。）。これら型基板側アライメントマーカ（型）１５２、１５３は、複数回のエッチングによりマーカ１５２、１５３が、図１（ｃ）に断面図を示すようなエッジ１５２’、１５３’が多段階段状のマーカになるように、多段階段形成技術により作られている。なお、本実施例では、型基板側アライメントマーカ（型）１５２、１５３として直線状のマーカにしているが、十字形状やＬ字形状等、アライメント精度の要求に合わせてその形状を選択すればよい。十字形状やＬ字形状にすれば、光導波路１１０の軸方向のアライメント精度も向上する。なお、型基板側アライメントマーカ（型）１５２、１５３は、上記のような多段階段形状の回折光学素子を用いているが、指向性反射板やランダムなドット等からなるものを用いるようにしてもよい。もちろん、金属薄膜をパターンニングしたアライメントマーカでもよい。
【００４３】
このような構成において、光回路部材１００に入射する光は、フレネルレンズ１２１により回折格子１１５上に向けられ、回折格子１１５で回折された光は効率良く導波路１１０に結合されて導波路１１０中を導波され、他端に達した光は回折格子１１６で回折されて導波路１１０の端部から出射し、その光はフレネルレンズ１２２によりフォトダイオード等の光素子に効率良く入射させることができる。
【００４４】
次に、このような光回路部材のアライメントのための構成例を、図２に基づいて説明する。光回路部材２００（１００）の上部にフレネルレンズ形成用素材２０５例えば紫外硬化型のフォトポリマーが塗布され、その上部にフレネルレンズ形成用型基板２１０（１５０）が数μｍ程度の隙間を介して設置される。これらの部材は、可動ホルダ（図示せず）に保持されている。赤外線２７０を光回路部材２００下部から照射し、例えば波長１３００ｎｍ（１．３μｍ）透過の干渉フィルタ２６０等の帯域透過フィルタを介して、赤外光２７０が光回路部材２００の基板に照射される。本例の光回路部材２００では、上記の通り１．３μｍ帯の波長を想定したもので、使用する波長に応じて、光回路部材２００の基板に照射する光の光源や干渉フィルタ２６０の透過波長帯域を設定すればよいことは言うまでもない。
【００４５】
光回路部材２００の回折格子２０６（１１５、１１６）並びにアライメントマーカ２０７（１３０、１３１）に照射された赤外光２７０は、導波路層（コア層１１２）に結合されてほとんど透過してこない。一方、導波路層のそれ以外の部分は透過してくるため、光の濃淡（コントラスト）が生じる。光回路部材２００を透過した光は、型基板２１０を照射する。フレネルレンズ形成用型基板２１０（１５０）のアライメントマーカ部（型基板側アライメントマーカ（型）１５２、１５３）では、多段階段形状の回折光学素子を用いているので、その回折光学素子で導波路層を透過した光が回折し、光の濃淡（コントラスト）が生じる。それらの光を対物レンズ２２０と顕微鏡２３０の光学系を介して赤外線カメラ２４０で観測することにより、光の濃淡像を検出することができる。
【００４６】
検出画像の例を図３に示す。図３では、導波路の回折格子２０６部の透過像３１０、型基板２１０のフレネルレンズ部透過像３２０、光回路部材２００側のアライメントマーカ２０７の透過像３３０、３３１、型基板２１０側のアライメントマーカ１５２、１５３（図１）の透過像３４０、３４１が重畳して観測される。
【００４７】
赤外線カメラ２４０に取り込まれた画像は、濃淡値の位置に対する変化量を読み取り、変化量の大きい位置をマーカのエッジと認識させることにより位置計測し、それによって光回路部材２００とフレネルレンズ形成用型基板２１０の相対位置を認識することができる。この工程により得られた位置情報を、フレネルレンズ形成用型基板２１０を保持している可動ホルダ（型基板可動ホルダ）にフィードバックさせることにより、両者の正確な位置合わせが可能となる。なお、その位置合わせの後、図４（ｆ）に示すように、紫外線を全面照射して紫外硬化型のフォトポリマーからなるフレネルレンズ形成用素材２０５を硬化させて、フレネルレンズ形成用型基板２１０に対応するフレネルレンズが形成される。
【００４８】
次に、図１に示す例の光回路部材１００の製造方法について、図４の工程図を参照にして説明する。なお、図４（ａ）〜図４（ｃ）は、図１（ａ）のＡ１−Ａ２に垂直な方向から見た図で、図４（ｄ）〜図４（ｇ）は、図１（ａ）のＡ１−Ａ２に沿った方向から見た図である。
【００４９】
まず、図４（ａ）に示すように、基板４１０上に、第１のクラッド層形成用素材４２１、コア層形成用素材４２２をスピンコートにより順に塗布、ベーキングにより形成する。
【００５０】
次いで、図４（ｂ）に示すように、第１のクラッド層形成用素材４２１とコア層形成用素材４２２が成膜された基板４１０上にパターニングされたフォトマスク４３０を載置して、フォトマスク４３０を介してコア層形成用素材４２２の層中の導波路４２２’を形成する部分以外の部分に紫外線４４０を照射して、導波路を形成する。
【００５１】
コア層形成用素材４２２のフォトブリーチング材は、紫外線照射により屈折率が低下するため、導波路を形成する部分以外の部分に紫外線を照射すれば、図４（ｃ）に示すように、周囲より屈折率の高い導波路４２２’が形成される。
【００５２】
次いで、図４（ｄ）に示すように、導波路４２２’が形成されたコア層形成用素材の層４２２Ａ上にパターニングされた別のフォトマスク４３５を載置して、そのフォトマスク４３５を介して紫外光４４５を約６０°傾斜させた方向から入射させて、コア層形成用素材の層４２２Ａの導波路４２２’中とそれ以外の部分にに、屈折率変調型の回折格子４５０を形成する。なお、この回折格子４５０は、図１の回折格子１１５、１１６とアライメントマーカ１３０、１３１に対応する。なお、この際、回折格子４５０は、フォトマスク４３５に形成された回折格子４３５’で回折された１次光と回折されないで透過した０次光との干渉によってコア層形成用素材の層４２２Ａ中に形成されるが、一般的に用いられている二光束干渉法で形成するようにすることもできる。
【００５３】
次いで、図４（ｅ）に示すように、上記のような回折格子４５０が形成された後、コア層形成用素材の層４２２Ａ上に第２のクラッド層４２３をスピンコートで形成し、導波路構造が完成する。
【００５４】
なお、回折格子４５０として層４２２Ａ中で傾斜した体積型の回折格子としないのであれば、位相マスク法等の方法を使用してレリーフ型の回折格子として形成してもよい。
【００５５】
この後、光重合法（２Ｐ法）により第２のクラッド層４２３上にフレネルレンズ（１２１、１２２）を形成する。図４（ｆ）に示すように、フレネルレンズ形成用素材４７０である紫外線硬化型のフォトポリマーをスピンコートにより第２のクラッド層４２３上に塗布する。そして、フレネルレンズ型基板４６０（１５０、２１０）を光導波路の第２のクラッド４２３上に精度良く配設するために、図２、図３を用いて説明したように、アライメントマーカの回折格子４５０（１３０、１３１）とグレーティングカプラの回折格子４５０（１１５、１１６）とを用いて位置合わせをする。そのような位置合わせが完了した後、フレネルレンズ型基板４６０を押さえ、紫外線４４７を全面照射してフレネルレンズ形成用素材４７０のフォトポリマーを硬化させ、フレネルレンズ型基板４６０に対応するフレネルレンズ４７５（１２１、１２２）を形成する（図４（ｇ））。このようにして、図１に示す光回路部材１００が得られる。
【００５６】
なお、本発明の上記の光回路部材の製造方法は、量産性の良いものとなっている。すなわち、集光レンズまたはコリメートレンズとして２Ｐ法による一括成型でフレネルレンズを形成をするため、自由な配置に一括してフレネルレンズを形成することができ、量産性に優れ、その結果、低コスト化が期待できる。
【００５７】
ところで、屈折率変調型回折格子１１５、１１６、１３０、１３１を形成したコア層１１２の材料としては、紫外線等の光照射により屈折率変化を起こす（フォトブリーチング）フォトポリマーが用いられ、例えば、ポリシラン、ＤＭＡＰＮ｛（４−Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルニトロン｝を含有するＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）等を用いることができる。
【００５８】
また、第１のクラッド層１１１、第２のクラッド層１１３としては、コア層１１２より数％屈折率の小さいポリシラン系、アクリル系、ポリイミド系、ポリウレタン系、エポキシ系樹脂等が用いられる。
【００５９】
また、基板１４０としては、赤外線が透過する材料であればよく、配線基板用のポリイミド材、シリコン等が用いられる。
【００６０】
フレネルレンズ１２１、１２２を含むフレネルレンズ層１２０としては、光重合法によりフレネルレンズ１２１、１２２を作製することに適用できる紫外硬化型のフォトポリマーが用いられる。材料としては、アクリレート系樹脂、シロキサン系樹脂、ポリイミド系樹脂、シクロブテン系樹脂等があげられる。
【００６１】
次に、本発明による光回路部材を使用した光電気混載基板の１実施例を図５を参照にして説明する。
【００６２】
本例は、図１に示す実施例の光回路部材５００（１００）を用い、そのフレネルレンズ５２１、５２２（１２１、１２２）形成側に、配線基板５５０を積層してなるもので、配線基板５５０のフレネルレンズ５２１、５２２対応領域には貫通孔５５１、５５２が設けられている。
【００６３】
そして、配線基板５５０上には、貫通孔５５１を通りフレネルレンズ５２１に向けレーザ光が照射されるように、面発光レーザ５６１が搭載されている。面発光レーザ５６１には、ドライバＩＣ５６５が接続されている。また、フレネルレンズ５２２からの光を貫通孔５５２を通し受光するように、フォトダイオード５７１が搭載されている。受信ＩＣ５７５がフォトダイオード５７１に接続されている。
【００６４】
そして、面発光レーザ５６１から放射されたレーザ光は、フレネルレンズ５２１で光回路部材５００の導波領域中のグレーティングカプラ５１５（１１５）に向けられ、グレーティングカプラ５１５で回折された光はその導波領域中を導波され、他端に達した光はグレーティングカプラ５１６（１１６）で回折されて導波領域の端部から出射し、その光はフレネルレンズ５２２によりフォトダイオード５７１に集光されるものである。
【００６５】
実際には、面発光レーザ５６１から放射されるレーザ光には広がりがあり、フォトダイオード５７１が受光する領域にも制限があるため、面発光レーザ５６１から放射されたレーザ光が効率良くフレネルレンズ５２１によりコリメートされあるいは集光されてグレーティング５１５に入射するように、そして、グレーティング５１６からフレネルレンズ５２２に入射された光が効率良くフォトダイオード５７１に受光されるように、各部は設計、配置される。
【００６６】
以上、本発明の光回路部材とその製造方法を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【００６７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の光回路部材とその製造方法によると、導波路を形成した光回路部材とレンズ形成用型基板との位置精度を向上させることが可能となり、その結果、集光効率の良い光回路部材の提供が可能となる。同時に、このような光回路部材を用いた光電気複合実装等に用いられる安価で実用レベルで対応できる光電気混載基板、光伝送モジュールの提供を可能としている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光回路部材の１実施例の構成を説明するための図である。
【図２】アライメントマーカを観察する装置の概略図である。
【図３】図２の観察する装置で型基板と光回路部材を上面から見た赤外線観察像である。
【図４】図１に示す光回路部材の製造工程を示す概略図である。
【図５】本発明による光回路部材を用いた光電気混載基板の１例の概略図である。
【符号の説明】
１００…光回路部材（有機光導波路部材）
１１０…（光）導波路
１１１…第１のクラッド層
１１２…コア層
１１３…第２のクラッド層
１１５、１１６…回折格子（グレーティングカプラ）
１２０…フレネルレンズ層（フレネルレンズ形成層）
１２１、１２２…フレネルレンズ
１３０、１３１…アライメントマーカ（光回路部材側）
１４０…基板
１５０…フレネルレンズ型基板
１５１…フレネルレンズ形成部
１５２、１５３…型基板側アライメントマーカ（型）
１５２’、１５３’…型基板側アライメントマーカ（型）のエッジ
２００…光回路部材
２０５…フレネルレンズ形成用素材
２０６…回折格子
２０７…光回路部材側アライメントマーカ
２１０…フレネルレンズ型基板
２２０…対物レンズ
２３０…顕微鏡
２４０…赤外線カメラ
２５０…モニタ
２６０…干渉フィルタ
２７０…赤外光
３００…赤外線透過像全体
３１０…導波路回折格子部透過像
３２０…フレネルレンズ部透過像
３３０、３３１…光回路部材側アライメントマーカ透過像
３４０、３４１…型基板側アライメントマーカ透過像
４１０…基板
４２１…第１のクラッド層形成用素材
４２２…コア層形成用素材
４２２Ａ…紫外線露光後のコア層形成用素材
４２２’…導波路
４２３…第２のクラッド層形成用素材
４３０、４３５…フォトマスク
４３５’…回折格子
４４０、４４５、４４７…紫外線
４５０…回折格子
４６０…フレネルレンズ型基板
４７０…フレネルレンズ形成用素材
４７５…フレネルレンズ
５００…光回路部材
５２１、５２２…フレネルレンズ
５５０…配線基板
５５１、５５２…貫通孔
５６１…面発光レーザ
５６５…ドライバＩＣ
５７１…フォトダイオード
５７５…受信ＩＣ
５１５、５１６…グレーティングカプラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光回路部材とその製造方法に関し、特に、フレネルレンズ等のマイクロレンズを設けた光回路部材の製造工程での位置合わせ機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットの急激な普及により、ネットワーク上の情報量は飛躍的に増大しており、高速ネットワークを支える通信情報装置や情報端末装置には、高速パフォーマンスと経済性が要求される。
【０００３】
高速パフォーマンスを実現するためにはＬＳＩの高速化、高機能化が重要であるが、これらを用いて実装する技術も必須となる。
【０００４】
しかし、高速ＬＳＩをボードに実装し、キャビネットレベルまでの装置構成にすると、ＬＳＩ間の伝送距離や電気信号の伝送速度限界によって、ＬＳＩの高速性を活かすのが困難となる問題が起こってくる。
【０００５】
このため、ＬＳＩ間の伝送距離を極力短くする３次元積層ＬＳＩ構成とする試みと、ボード内あるいはボード間のＬＳＩ間の比較的短い距離の信号伝送に光を用いる光電気複合実装技術の開発が進められている。
【０００６】
光電気複合実装技術については、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）と受光素子を有機光導波路を介して光接続する方式が検討されている。面型素子同士の接続であるため、導波路には、直角に光を曲げる光路変換機能が必要となり、導波路を４５°にダイシング加工し、ミラー面を形成する方法が用いられている。あるいは、光ファイバ先端を４５°に研磨した光ピンを作製し、導波路に空けたスルーホールに挿入する方法も検討されている。また、光接続損失を低減するため、導波路と光素子の間に、マイクロレンズを形成する方法も用いられている。
【０００７】
上記の構造については、非特許文献１、非特許文献２、特許文献１等に関連する技術が開示されている。
【０００８】
光導波路に端面以外から光を入出力し、その光路を曲げる方法としては、上記４５°ミラーの他に、特許文献２に記載されている光導波路に回折格子（グレーディング）構造を作製する方法が知られている。また、導波路上にグレーティングカプラを形成することにより、導波路の加工のみで、光路変換、並びに、自由な配置に形成する方式が提案されている（特願２００２−３３７０７８号）。また、導波路と光素子の間にマイクロレンズを形成する方法については、フレネルレンズを導波路クラッド上に光重合法（２Ｐ法で作製する方式が提案されている（特願２００２−３３７０７８号）。
【０００９】
一方、光素子、光学素子、マスク、型基板の相対位置合わせについては、アライメントマーカを用いた方法が一般的に用いられている。アライメントマーカについては、金属膜を用い基板や光素子、光学素子上にパターンを形成する方法や、マイクロレンズやそのアレイを用いた方法が知られている。これらの技術は、例えば、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８等に記載されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−２４８９５３号公報
【００１１】
【特許文献２】
特開２０００−８９１８６号公報
【００１２】
【特許文献３】
特開２００１−３１８２５６号公報
【００１３】
【特許文献４】
特開２００１−２９７９６３号公報
【００１４】
【特許文献５】
特開２００２−３３１５３２号公報
【００１５】
【特許文献６】
特開２０００−２８４１３５号公報
【００１６】
【特許文献７】
特開平８−１３６７０４号公報
【００１７】
【特許文献８】
特開２００２−１２２７０８号公報
【００１８】
【非特許文献１】
電子情報通信学会論文誌Ｖｏｌ． Ｊ８４−Ｃ、Ｎｏ． ９、ｐｐ． ７１５−７２６（２００１）
【００１９】
【非特許文献２】
電子情報通信学会論文誌Ｖｏｌ． Ｊ８４−Ｃ、Ｎｏ． ９、ｐｐ． ７３６−７４８（２００１）
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
導波路のグレーティングカプラ上にフレネルレンズを形成する型基板を位置合わせする場合に、例えば導波路の基板に金属薄膜等でアライメントマーカを形成した場合、導波路を形成した層の上部（レンズを形成する面）と導波路の基板面とで高さの差が生じるため、焦点がボケてしまう可能性がある。また、導波路とその基板のアライメントマーカとの位置ずれが蓄積されてしまうため、導波路（グレーティングカプラ）とレンズの相対位置ずれが大きくなってしまう可能性もある。したがって、アライメントマーカとしては、導波路を形成した層の上部（レンズを形成する面）の近傍に、導波路の形成と同時に形成されることが望ましい。
【００２１】
また、電極パターン等の金属薄膜を特に導波路の基板に形成する必要がない場合、アライメントマーカのための金属薄膜形成はコスト高につながる。したがって、導波路形成時等、素子形成の際にアライメントマーカが同時に形成されることが望ましい。
【００２２】
本発明は従来技術のこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、導波路にグレーティングカプラを形成すると同時にレンズ形成用の型基板とのアライメントマーカを形成するようにして光回路部材を、高精度で工程数少なく低コストで製造できるようにすることである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の光回路部材は、第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層より屈折率の高いコア層と、前記コア層より屈折率の低い第２のクラッド層とをこの順に積層してなり、前記コア層にレリーフ型又は屈折率変調型の回折格子が形成されており、前記第１のクラッド層又は前記第２のクラッド層の外側に、前記回折格子に光学的に接続するレンズが設けられてなる光回路部材において、
前記回折格子と前記レンズを形成する型基板との相対位置合わせをするアライメントマーカが、前記コア層の前記回折格子とは異なる領域であって導波領域外に別の回折格子として設けられていることを特徴とするものである。
【００２４】
この場合、別の回折格子が回折格子と同じレリーフ型又は屈折率変調型の回折格子として設けられていることが望ましい。
【００２５】
また、別の回折格子がコア層の面に対して傾斜した体積型の回折格子として形成することができる。
【００２６】
また、本発明の光回路部材の製造方法は、第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層より屈折率の高いコア層と、前記コア層より屈折率の低い第２のクラッド層とをこの順に積層してなり、前記コア層にレリーフ型又は屈折率変調型の回折格子が形成されており、前記第１のクラッド層又は前記第２のクラッド層の外側に、前記回折格子に光学的に接続するレンズが設けられてなる光回路部材の製造方法において、
前記回折格子と前記レンズを形成する型基板との相対位置合わせをするアライメントマーカを、前記コア層に前記回折格子を形成する工程と同時に、前記コア層の前記回折格子とは異なる領域であって導波領域外に別の回折格子として形成し、そのアライメントマーカと、前記レンズを形成する型基板に形成されているアライメントマーカとによって位置合わせをすることにより前記レンズを形成するを特徴とする方法である。
【００２７】
この場合に、レンズを形成する型基板に形成されているアライメントマーカを回折光学素子から構成することができる。
【００２８】
また、コア層の回折格子とは異なる領域に別の回折格子として形成されているアライメントマーカが、コア層の面に対して傾斜した体積型の回折格子として形成することができる。
【００２９】
また、回折格子と別の回折格子をレリーフ型又は屈折率変調型の回折格子として形成することができる。
【００３０】
本発明においては、コア層に形成される光結合用の回折格子と、レンズを形成する型基板との相対位置合わせをするアライメントマーカとを、コア層に同時に形成するようにしたので、光結合用の回折格子とアライメントマーカとの位置精度が向上し、かつ、導波路を形成した層の上部（レンズを形成する面）とレンズを形成する型基板の面との高さ差をクラッド層の厚さ分程度まで低減することができるため、焦点のボケを低減することができる。そのため、高精度で工程数少なく低コストで光回路部材を製造することができる。
【００３１】
なお、レンズを形成する型基板側のアライメントマーカが回折光学素子からなると、レンズを形成すると同時にそのアライメントマーカの複製像が光回路部材上に残るため、光回路基板をさらに別の基板に実装する際のアライメントマーカとしてその複製像を使用できる。また、金属薄膜をアライメントマーカとして用いることができない樹脂材料製のレンズを形成する型基板にも適用できるため、製造コストを低減することができる。
【００３２】
また、コア層に形成されるアライメントマーカがコア層の面に対して傾斜した体積型の回折格子として形成すると、アライメントマーカとその周囲の光の透過部とでの光の濃淡のコントラストを上げることができ、位置合わせ精度を向上させることができる。
【００３３】
また、アライメントマーカの回折格子の周期は、光結合用の回折格子と同じで、使用する波長に応じて決定される。観察光としてはその波長近傍の光を用いることによりコントラストを上げることができる。
【００３４】
なお、導波光と観察光のそれぞれの伝搬ベクトルをβａ 、βｂ とした場合、２ 波が結合するためには、Ｋを格子ベクトルとして、
βｂ＝βａ＋ｑＫ、ここでｑ＝０、±１、±２
の位相整合条件を満たし、厚い屈折率変調型回折格子で形成すればよい。ただし、Λは回折格子の周期とし、Ｋ＝２π／Λで、ｑは放射光の次数に相当する値をとる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明の光回路部材とその製造方法を、図面を参照にしながら実施例に基づいて説明する。
【００３６】
図１（ａ）は、本発明の光回路部材の１実施例の概略図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ１−Ａ２方向における光回路部材の全体と型基板の断面図、図１（ｃ）は、図１（ｂ）の型基板側アライメントマーカ部の拡大図であり、図２は、アライメントマーカを観察する装置の概略図であり、図３は、図２の観察する装置で型基板と光回路部材を上面から見た赤外線観察像であり、図４は図１に示す光回路部材の製造工程を示す概略図である。図５は、本発明による光回路部材を用いた光電気混載基板の１例の概略図である。
【００３７】
なお、図１（ａ）は一部を切り欠いて透視した状態で、アライメントマーカ１３０、１３１、導波路１１０、フレネルレンズ１２１、１２２を分かりやすく簡略化して示した図である。
【００３８】
図１〜図５中、符号１００は光回路部材、１１０は（光）導波路、１１１は第１のクラッド層、１１２はコア層、１１３は第２のクラッド層、１１５、１１６は回折格子（グレーティングとも言う。）、１２０はフレネルレンズ層（フレネルレンズ形成層とも言う。）、１２１、１２２はフレネルレンズ、１３０、１３１は光回路部材側アライメントマーカ、１４０は基板、１５０はフレネルレンズ型基板、１５１はフレネルレンズ形成部、１５２、１５３は型基板側アライメントマーカ（型）、１５２’、１５３’は型基板側アライメントマーカ（型）のエッジ、２００は光回路部材、２０５はフレネルレンズ形成用素材、２０６は回折格子、２０７は光回路部材側アライメントマーカ、２１０はフレネルレンズ型基板、２２０は対物レンズ、２３０は顕微鏡、２４０は赤外線カメラ、２５０はモニタ、２６０は干渉フィルタ、２７０は赤外光、３００は赤外線透過像全体、３１０は導波路回折格子部透過像、３２０はフレネルレンズ部透過像、３３０、３３１は光回路部材側アライメントマーカ透過像、３４０、３４１は型基板側アライメントマーカ透過像、４１０は基板、４２１は第１のクラッド層形成用素材、４２２はコア層形成用素材、４２２Ａは紫外線露光後のコア層形成用素材、４２２’は導波路、４２３は第２のクラッド層形成用素材、４３０、４３５はフォトマスク、４３５’は回折格子、４４０、４４５、４４７は紫外線、４５０は回折格子、４６０はフレネルレンズ型基板、４７０はフレネルレンズ形成用素材、４７５はフレネルレンズである。
【００３９】
まず、本発明の光回路部材の１実施例を、図１に基づいて説明する。
【００４０】
本例の光回路部材は、基板１４０上に、各層が有機材料からなる、第１のクラッド層１１１と、第１のクラッド層１１１より屈折率の高いコア層１１２と、コア層１１２より屈折率の低い第２のクラッド層１１３とを、この順に積層てなる有機光導波路部材１００で、コア層１１２のサイズは例えば５０μｍ角であり、そのコア層１１２に屈折率変調型の回折格子がアライメントマーカ１３０、１３１及びグレーティングカプラ１１５、１１６として形成されている。
【００４１】
波長１． ３μｍ帯の光源を使用した場合を想定し、グレーティングカプラ１１５、１１６の回折格子の傾斜角は３４°、その回折格子の周期は０． ５０μｍに設定されている。導波路１１０の実効屈折率は１． ５８である。これにより、ブラッグ条件が満たされ、約１２°の角度で空気中へ放射される。１例としての値であるが、使用する波長、導波路の屈折率、傾斜角に応じて、回折格子１１５、１１６の周期を設定すればよいことは言うまでもない。
【００４２】
第２のクラッド層１１３の上部に、グレーティングカプラ（回折格子）１１５、１１６に光学的に接続するためのそれぞれフレネルレンズ１２１、１２２が配設されており、フレネルレンズ１２１、１２２は導波路１１０に沿う方向に長軸を持つ楕円形状の同心輪帯形状をしている。フレネルレンズ１２１、１２２を形成するための型基板１５０を図示しているが、フレネルレンズ形成部１５１と、その両脇に型基板側アライメントマーカ（型）１５２、１５３が形成されている（フレネルレンズ１２１側のみを図示してある。）。これら型基板側アライメントマーカ（型）１５２、１５３は、複数回のエッチングによりマーカ１５２、１５３が、図１（ｃ）に断面図を示すようなエッジ１５２’、１５３’が多段階段状のマーカになるように、多段階段形成技術により作られている。なお、本実施例では、型基板側アライメントマーカ（型）１５２、１５３として直線状のマーカにしているが、十字形状やＬ字形状等、アライメント精度の要求に合わせてその形状を選択すればよい。十字形状やＬ字形状にすれば、光導波路１１０の軸方向のアライメント精度も向上する。なお、型基板側アライメントマーカ（型）１５２、１５３は、上記のような多段階段形状の回折光学素子を用いているが、指向性反射板やランダムなドット等からなるものを用いるようにしてもよい。もちろん、金属薄膜をパターンニングしたアライメントマーカでもよい。
【００４３】
このような構成において、光回路部材１００に入射する光は、フレネルレンズ１２１により回折格子１１５上に向けられ、回折格子１１５で回折された光は効率良く導波路１１０に結合されて導波路１１０中を導波され、他端に達した光は回折格子１１６で回折されて導波路１１０の端部から出射し、その光はフレネルレンズ１２２によりフォトダイオード等の光素子に効率良く入射させることができる。
【００４４】
次に、このような光回路部材のアライメントのための構成例を、図２に基づいて説明する。光回路部材２００（１００）の上部にフレネルレンズ形成用素材２０５例えば紫外硬化型のフォトポリマーが塗布され、その上部にフレネルレンズ形成用型基板２１０（１５０）が数μｍ程度の隙間を介して設置される。これらの部材は、可動ホルダ（図示せず）に保持されている。赤外線２７０を光回路部材２００下部から照射し、例えば波長１３００ｎｍ（１．３μｍ）透過の干渉フィルタ２６０等の帯域透過フィルタを介して、赤外光２７０が光回路部材２００の基板に照射される。本例の光回路部材２００では、上記の通り１．３μｍ帯の波長を想定したもので、使用する波長に応じて、光回路部材２００の基板に照射する光の光源や干渉フィルタ２６０の透過波長帯域を設定すればよいことは言うまでもない。
【００４５】
光回路部材２００の回折格子２０６（１１５、１１６）並びにアライメントマーカ２０７（１３０、１３１）に照射された赤外光２７０は、導波路層（コア層１１２）に結合されてほとんど透過してこない。一方、導波路層のそれ以外の部分は透過してくるため、光の濃淡（コントラスト）が生じる。光回路部材２００を透過した光は、型基板２１０を照射する。フレネルレンズ形成用型基板２１０（１５０）のアライメントマーカ部（型基板側アライメントマーカ（型）１５２、１５３）では、多段階段形状の回折光学素子を用いているので、その回折光学素子で導波路層を透過した光が回折し、光の濃淡（コントラスト）が生じる。それらの光を対物レンズ２２０と顕微鏡２３０の光学系を介して赤外線カメラ２４０で観測することにより、光の濃淡像を検出することができる。
【００４６】
検出画像の例を図３に示す。図３では、導波路の回折格子２０６部の透過像３１０、型基板２１０のフレネルレンズ部透過像３２０、光回路部材２００側のアライメントマーカ２０７の透過像３３０、３３１、型基板２１０側のアライメントマーカ１５２、１５３（図１）の透過像３４０、３４１が重畳して観測される。
【００４７】
赤外線カメラ２４０に取り込まれた画像は、濃淡値の位置に対する変化量を読み取り、変化量の大きい位置をマーカのエッジと認識させることにより位置計測し、それによって光回路部材２００とフレネルレンズ形成用型基板２１０の相対位置を認識することができる。この工程により得られた位置情報を、フレネルレンズ形成用型基板２１０を保持している可動ホルダ（型基板可動ホルダ）にフィードバックさせることにより、両者の正確な位置合わせが可能となる。なお、その位置合わせの後、図４（ｆ）に示すように、紫外線を全面照射して紫外硬化型のフォトポリマーからなるフレネルレンズ形成用素材２０５を硬化させて、フレネルレンズ形成用型基板２１０に対応するフレネルレンズが形成される。
【００４８】
次に、図１に示す例の光回路部材１００の製造方法について、図４の工程図を参照にして説明する。なお、図４（ａ）〜図４（ｃ）は、図１（ａ）のＡ１−Ａ２に垂直な方向から見た図で、図４（ｄ）〜図４（ｇ）は、図１（ａ）のＡ１−Ａ２に沿った方向から見た図である。
【００４９】
まず、図４（ａ）に示すように、基板４１０上に、第１のクラッド層形成用素材４２１、コア層形成用素材４２２をスピンコートにより順に塗布、ベーキングにより形成する。
【００５０】
次いで、図４（ｂ）に示すように、第１のクラッド層形成用素材４２１とコア層形成用素材４２２が成膜された基板４１０上にパターニングされたフォトマスク４３０を載置して、フォトマスク４３０を介してコア層形成用素材４２２の層中の導波路４２２’を形成する部分以外の部分に紫外線４４０を照射して、導波路を形成する。
【００５１】
コア層形成用素材４２２のフォトブリーチング材は、紫外線照射により屈折率が低下するため、導波路を形成する部分以外の部分に紫外線を照射すれば、図４（ｃ）に示すように、周囲より屈折率の高い導波路４２２’が形成される。
【００５２】
次いで、図４（ｄ）に示すように、導波路４２２’が形成されたコア層形成用素材の層４２２Ａ上にパターニングされた別のフォトマスク４３５を載置して、そのフォトマスク４３５を介して紫外光４４５を約６０°傾斜させた方向から入射させて、コア層形成用素材の層４２２Ａの導波路４２２’中とそれ以外の部分にに、屈折率変調型の回折格子４５０を形成する。なお、この回折格子４５０は、図１の回折格子１１５、１１６とアライメントマーカ１３０、１３１に対応する。なお、この際、回折格子４５０は、フォトマスク４３５に形成された回折格子４３５’で回折された１次光と回折されないで透過した０次光との干渉によってコア層形成用素材の層４２２Ａ中に形成されるが、一般的に用いられている二光束干渉法で形成するようにすることもできる。
【００５３】
次いで、図４（ｅ）に示すように、上記のような回折格子４５０が形成された後、コア層形成用素材の層４２２Ａ上に第２のクラッド層４２３をスピンコートで形成し、導波路構造が完成する。
【００５４】
なお、回折格子４５０として層４２２Ａ中で傾斜した体積型の回折格子としないのであれば、位相マスク法等の方法を使用してレリーフ型の回折格子として形成してもよい。
【００５５】
この後、光重合法（２Ｐ法）により第２のクラッド層４２３上にフレネルレンズ（１２１、１２２）を形成する。図４（ｆ）に示すように、フレネルレンズ形成用素材４７０である紫外線硬化型のフォトポリマーをスピンコートにより第２のクラッド層４２３上に塗布する。そして、フレネルレンズ型基板４６０（１５０、２１０）を光導波路の第２のクラッド４２３上に精度良く配設するために、図２、図３を用いて説明したように、アライメントマーカの回折格子４５０（１３０、１３１）とグレーティングカプラの回折格子４５０（１１５、１１６）とを用いて位置合わせをする。そのような位置合わせが完了した後、フレネルレンズ型基板４６０を押さえ、紫外線４４７を全面照射してフレネルレンズ形成用素材４７０のフォトポリマーを硬化させ、フレネルレンズ型基板４６０に対応するフレネルレンズ４７５（１２１、１２２）を形成する（図４（ｇ））。このようにして、図１に示す光回路部材１００が得られる。
【００５６】
なお、本発明の上記の光回路部材の製造方法は、量産性の良いものとなっている。すなわち、集光レンズまたはコリメートレンズとして２Ｐ法による一括成型でフレネルレンズを形成をするため、自由な配置に一括してフレネルレンズを形成することができ、量産性に優れ、その結果、低コスト化が期待できる。
【００５７】
ところで、屈折率変調型回折格子１１５、１１６、１３０、１３１を形成したコア層１１２の材料としては、紫外線等の光照射により屈折率変化を起こす（フォトブリーチング）フォトポリマーが用いられ、例えば、ポリシラン、ＤＭＡＰＮ｛（４−Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルニトロン｝を含有するＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）等を用いることができる。
【００５８】
また、第１のクラッド層１１１、第２のクラッド層１１３としては、コア層１１２より数％屈折率の小さいポリシラン系、アクリル系、ポリイミド系、ポリウレタン系、エポキシ系樹脂等が用いられる。
【００５９】
また、基板１４０としては、赤外線が透過する材料であればよく、配線基板用のポリイミド材、シリコン等が用いられる。
【００６０】
フレネルレンズ１２１、１２２を含むフレネルレンズ層１２０としては、光重合法によりフレネルレンズ１２１、１２２を作製することに適用できる紫外硬化型のフォトポリマーが用いられる。材料としては、アクリレート系樹脂、シロキサン系樹脂、ポリイミド系樹脂、シクロブテン系樹脂等があげられる。
【００６１】
次に、本発明による光回路部材を使用した光電気混載基板の１実施例を図５を参照にして説明する。
【００６２】
本例は、図１に示す実施例の光回路部材５００（１００）を用い、そのフレネルレンズ５２１、５２２（１２１、１２２）形成側に、配線基板５５０を積層してなるもので、配線基板５５０のフレネルレンズ５２１、５２２対応領域には貫通孔５５１、５５２が設けられている。
【００６３】
そして、配線基板５５０上には、貫通孔５５１を通りフレネルレンズ５２１に向けレーザ光が照射されるように、面発光レーザ５６１が搭載されている。面発光レーザ５６１には、ドライバＩＣ５６５が接続されている。また、フレネルレンズ５２２からの光を貫通孔５５２を通し受光するように、フォトダイオード５７１が搭載されている。受信ＩＣ５７５がフォトダイオード５７１に接続されている。
【００６４】
そして、面発光レーザ５６１から放射されたレーザ光は、フレネルレンズ５２１で光回路部材５００の導波領域中のグレーティングカプラ５１５（１１５）に向けられ、グレーティングカプラ５１５で回折された光はその導波領域中を導波され、他端に達した光はグレーティングカプラ５１６（１１６）で回折されて導波領域の端部から出射し、その光はフレネルレンズ５２２によりフォトダイオード５７１に集光されるものである。
【００６５】
実際には、面発光レーザ５６１から放射されるレーザ光には広がりがあり、フォトダイオード５７１が受光する領域にも制限があるため、面発光レーザ５６１から放射されたレーザ光が効率良くフレネルレンズ５２１によりコリメートされあるいは集光されてグレーティング５１５に入射するように、そして、グレーティング５１６からフレネルレンズ５２２に入射された光が効率良くフォトダイオード５７１に受光されるように、各部は設計、配置される。
【００６６】
以上、本発明の光回路部材とその製造方法を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【００６７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の光回路部材とその製造方法によると、導波路を形成した光回路部材とレンズ形成用型基板との位置精度を向上させることが可能となり、その結果、集光効率の良い光回路部材の提供が可能となる。同時に、このような光回路部材を用いた光電気複合実装等に用いられる安価で実用レベルで対応できる光電気混載基板、光伝送モジュールの提供を可能としている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光回路部材の１実施例の構成を説明するための図である。
【図２】アライメントマーカを観察する装置の概略図である。
【図３】図２の観察する装置で型基板と光回路部材を上面から見た赤外線観察像である。
【図４】図１に示す光回路部材の製造工程を示す概略図である。
【図５】本発明による光回路部材を用いた光電気混載基板の１例の概略図である。
【符号の説明】
１００…光回路部材（有機光導波路部材）
１１０…（光）導波路
１１１…第１のクラッド層
１１２…コア層
１１３…第２のクラッド層
１１５、１１６…回折格子（グレーティングカプラ）
１２０…フレネルレンズ層（フレネルレンズ形成層）
１２１、１２２…フレネルレンズ
１３０、１３１…アライメントマーカ（光回路部材側）
１４０…基板
１５０…フレネルレンズ型基板
１５１…フレネルレンズ形成部
１５２、１５３…型基板側アライメントマーカ（型）
１５２’、１５３’…型基板側アライメントマーカ（型）のエッジ
２００…光回路部材
２０５…フレネルレンズ形成用素材
２０６…回折格子
２０７…光回路部材側アライメントマーカ
２１０…フレネルレンズ型基板
２２０…対物レンズ
２３０…顕微鏡
２４０…赤外線カメラ
２５０…モニタ
２６０…干渉フィルタ
２７０…赤外光
３００…赤外線透過像全体
３１０…導波路回折格子部透過像
３２０…フレネルレンズ部透過像
３３０、３３１…光回路部材側アライメントマーカ透過像
３４０、３４１…型基板側アライメントマーカ透過像
４１０…基板
４２１…第１のクラッド層形成用素材
４２２…コア層形成用素材
４２２Ａ…紫外線露光後のコア層形成用素材
４２２’…導波路
４２３…第２のクラッド層形成用素材
４３０、４３５…フォトマスク
４３５’…回折格子
４４０、４４５、４４７…紫外線
４５０…回折格子
４６０…フレネルレンズ型基板
４７０…フレネルレンズ形成用素材
４７５…フレネルレンズ
５００…光回路部材
５２１、５２２…フレネルレンズ
５５０…配線基板
５５１、５５２…貫通孔
５６１…面発光レーザ
５６５…ドライバＩＣ
５７１…フォトダイオード
５７５…受信ＩＣ
５１５、５１６…グレーティングカプラ
Claims (7)
- 第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層より屈折率の高いコア層と、前記コア層より屈折率の低い第２のクラッド層とをこの順に積層してなり、前記コア層にレリーフ型又は屈折率変調型の回折格子が形成されており、前記第１のクラッド層又は前記第２のクラッド層の外側に、前記回折格子に光学的に接続するレンズが設けられてなる光回路部材において、
前記回折格子と前記レンズを形成する型基板との相対位置合わせをするアライメントマーカが、前記コア層の前記回折格子とは異なる領域であって導波領域外に別の回折格子として設けられていることを特徴とする光回路部材。 - 前記別の回折格子が前記回折格子と同じレリーフ型又は屈折率変調型の回折格子として設けられていることを特徴とする請求項１記載の光回路部材。
- 前記別の回折格子が前記コア層の面に対して傾斜した体積型の回折格子として形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光回路部材。
- 第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層より屈折率の高いコア層と、前記コア層より屈折率の低い第２のクラッド層とをこの順に積層してなり、前記コア層にレリーフ型又は屈折率変調型の回折格子が形成されており、前記第１のクラッド層又は前記第２のクラッド層の外側に、前記回折格子に光学的に接続するレンズが設けられてなる光回路部材の製造方法において、
前記回折格子と前記レンズを形成する型基板との相対位置合わせをするアライメントマーカを、前記コア層に前記回折格子を形成する工程と同時に、前記コア層の前記回折格子とは異なる領域であって導波領域外に別の回折格子として形成し、そのアライメントマーカと、前記レンズを形成する型基板に形成されているアライメントマーカとによって位置合わせをすることにより前記レンズを形成するを特徴とする光回路部材の製造方法。 - 前記レンズを形成する型基板に形成されているアライメントマーカが回折光学素子からなることを特徴とする請求項４記載の光回路部材の製造方法。
- 前記コア層の前記回折格子とは異なる領域に別の回折格子として形成されているアライメントマーカが、前記コア層の面に対して傾斜した体積型の回折格子として形成することを特徴とする請求項４又は５記載の光回路部材の製造方法。
- 前記回折格子と前記別の回折格子をレリーフ型又は屈折率変調型の回折格子として形成することを特徴とする請求項４から６の何れか１項記載の光回路部材の製造方法。
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