JP2004309552A - Optical circuit member and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical circuit member and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an alignment mechanism in a manufacturing process of an optical circuit member provided with a microlens such as a Fresnel lens.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the rapid spread of the Internet, the amount of information on a network has increased dramatically, and communication information devices and information terminal devices supporting a high-speed network are required to have high-speed performance and economy.
[0003]
In order to achieve high-speed performance, it is important to increase the speed and function of the LSI, but a technique for mounting using these is also essential.
[0004]
However, if a high-speed LSI is mounted on a board and the device configuration is up to the cabinet level, there arises a problem that it is difficult to utilize the high-speed performance of the LSI due to the transmission distance between LSIs and the transmission speed limit of electric signals.
[0005]
For this reason, an attempt has been made to make a three-dimensional stacked LSI configuration in which the transmission distance between LSIs is as short as possible, and the development of an opto-electric hybrid mounting technology that uses light for signal transmission over a relatively short distance between LSIs within a board or between boards. Is underway.
[0006]
Regarding the opto-electric hybrid mounting technology, a method of optically connecting a surface emitting laser (VCSEL) and a light receiving element via an organic optical waveguide is being studied. Since the planar elements are connected to each other, the waveguide needs an optical path conversion function of bending light at a right angle, and a method of dicing the waveguide to 45 ° to form a mirror surface is used. Alternatively, a method of producing an optical pin having an optical fiber tip polished at 45 ° and inserting the optical pin into a through hole opened in a waveguide is also being studied. Further, in order to reduce optical connection loss, a method of forming a microlens between a waveguide and an optical element has been used.
[0007]
Regarding the above structure, techniques related to
[0008]
As a method of inputting / outputting light to / from an optical waveguide from other than the end face and bending the optical path, there is a method of manufacturing a diffraction grating (grading) structure in an optical waveguide described in Patent Document 2 in addition to the 45 ° mirror. Are known. In addition, a method has been proposed in which a grating coupler is formed on a waveguide to convert the optical path and form the optical waveguide in a free arrangement only by processing the waveguide (Japanese Patent Application No. 2002-337078). As for a method of forming a microlens between a waveguide and an optical element, a method of producing a Fresnel lens on a waveguide clad by a photopolymerization method (2P method) has been proposed (Japanese Patent Application No. 2002-337078). .
[0009]
On the other hand, for relative positioning of an optical element, an optical element, a mask, and a mold substrate, a method using an alignment marker is generally used. As the alignment marker, a method of forming a pattern on a substrate, an optical element, an optical element using a metal film, and a method using a microlens or an array thereof are known. These techniques are described in, for example, Patent Literature 3, Patent Literature 4, Patent Literature 5, Patent Literature 6, Patent Literature 7, Patent Literature 8, and the like.
[0010]
[Patent Document 1]
JP 11-248953 A
[0011]
[Patent Document 2]
JP 2000-89186 A
[0012]
[Patent Document 3]
JP 2001-318256 A
[0013]
[Patent Document 4]
JP 2001-297996 A
[0014]
[Patent Document 5]
JP-A-2002-331532
[0015]
[Patent Document 6]
JP 2000-284135 A
[0016]
[Patent Document 7]
JP-A-8-136704
[0017]
[Patent Document 8]
JP-A-2002-122708
[0018]
[Non-patent document 1]
IEICE Transactions Vol. J84-C, No. 9, pp. 715-726 (2001)
[0019]
[Non-patent document 2]
IEICE Transactions Vol. J84-C, No. 9, pp. 736-748 (2001)
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
When aligning a mold substrate on which a Fresnel lens is formed on a grating coupler of a waveguide, for example, when an alignment marker is formed with a thin metal film or the like on the substrate of the waveguide, the upper part of the layer on which the waveguide is formed (the lens is formed) Difference) between the substrate surface of the waveguide and the substrate surface of the waveguide, the focus may be blurred. In addition, since the positional deviation between the waveguide and the alignment marker of the substrate is accumulated, the relative positional deviation between the waveguide (grating coupler) and the lens may increase. Therefore, it is desirable that the alignment marker is formed near the upper part of the layer on which the waveguide is formed (the surface on which the lens is formed) at the same time as the formation of the waveguide.
[0021]
Further, when it is not necessary to form a metal thin film such as an electrode pattern on a substrate of a waveguide, forming a metal thin film for an alignment marker leads to an increase in cost. Therefore, it is desirable that the alignment marker is formed at the same time when the element is formed, such as when forming a waveguide.
[0022]
The present invention has been made to solve such a problem of the prior art, and an object thereof is to form an alignment marker with a mold substrate for forming a lens at the same time as forming a grating coupler on a waveguide. An object of the present invention is to enable an optical circuit member to be manufactured with high precision at a low number of steps and at low cost.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
The optical circuit member of the present invention that achieves the above object includes a first cladding layer, a core layer having a higher refractive index than the first cladding layer, and a second cladding layer having a lower refractive index than the core layer. In this order, a relief type or refractive index modulation type diffraction grating is formed in the core layer, and the diffraction grating is optically provided outside the first cladding layer or the second cladding layer. In an optical circuit member provided with a lens connected to
An alignment marker for performing relative alignment between the diffraction grating and the mold substrate forming the lens is provided as another diffraction grating in a region different from the diffraction grating of the core layer and outside the waveguide region. It is characterized by the following.
[0024]
In this case, it is desirable that another diffraction grating is provided as the same relief type or refractive index modulation type diffraction grating as the diffraction grating.
[0025]
Further, another diffraction grating can be formed as a volume type diffraction grating inclined with respect to the plane of the core layer.
[0026]
Further, the method of manufacturing an optical circuit member according to the present invention includes the step of forming a first clad layer, a core layer having a higher refractive index than the first clad layer, and a second clad layer having a lower refractive index than the core layer. In this order, a relief type or refractive index modulation type diffraction grating is formed in the core layer, and the diffraction grating is optically provided outside the first cladding layer or the second cladding layer. In a method of manufacturing an optical circuit member provided with a lens connected to
An alignment marker for performing relative alignment between the diffraction grating and the mold substrate forming the lens, at the same time as the step of forming the diffraction grating in the core layer, in an area different from the diffraction grating in the core layer. Forming a separate diffraction grating outside the waveguide region and forming the lens by aligning the alignment marker with an alignment marker formed on a mold substrate on which the lens is formed. It is.
[0027]
In this case, the alignment marker formed on the mold substrate on which the lens is formed can be composed of a diffractive optical element.
[0028]
Further, an alignment marker formed as a different diffraction grating in a region different from the diffraction grating of the core layer can be formed as a volume type diffraction grating inclined with respect to the surface of the core layer.
[0029]
Further, a diffraction grating different from the diffraction grating can be formed as a relief type or a refractive index modulation type diffraction grating.
[0030]
In the present invention, the diffraction grating for optical coupling formed on the core layer and the alignment marker for relative positioning with the mold substrate forming the lens are formed on the core layer at the same time. The positional accuracy between the diffraction grating and the alignment marker is improved, and the height difference between the upper part of the layer on which the waveguide is formed (the surface on which the lens is formed) and the surface of the mold substrate on which the lens is formed is determined by the Since the thickness can be reduced to about the thickness, blurring of the focus can be reduced. Therefore, an optical circuit member can be manufactured with high precision, a small number of steps, and low cost.
[0031]
When the alignment marker on the mold substrate side for forming the lens is formed of a diffractive optical element, a duplicate image of the alignment marker remains on the optical circuit member at the same time as forming the lens, so the optical circuit substrate is mounted on another substrate. The duplicated image can be used as an alignment marker at this time. Further, since the present invention can be applied to a mold substrate on which a lens made of a resin material, which cannot use a metal thin film as an alignment marker, manufacturing costs can be reduced.
[0032]
Further, when the alignment marker formed on the core layer is formed as a volume-type diffraction grating inclined with respect to the surface of the core layer, the contrast of light and shade between the alignment marker and the surrounding light transmitting portion can be increased. And alignment accuracy can be improved.
[0033]
The period of the diffraction grating of the alignment marker is the same as that of the diffraction grating for optical coupling, and is determined according to the wavelength to be used. The contrast can be increased by using light near the wavelength as the observation light.
[0034]
When the propagation vectors of the guided light and the observation light are βa and βb, respectively, in order to couple two waves, K is defined as a lattice vector, and
βb = βa + qK, where q = 0, ± 1, ± 2
May be formed by using a thick refractive index modulation type diffraction grating. Here, Λ is the period of the diffraction grating, K = 2π / Λ, and q takes a value corresponding to the order of the emitted light.
[0035]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An optical circuit member and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described based on embodiments with reference to the drawings.
[0036]
FIG. 1A is a schematic view of one embodiment of an optical circuit member of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view of the entire optical circuit member and a mold substrate in the A1-A2 direction of FIG. 1 (c) is an enlarged view of an alignment marker portion on the mold substrate side of FIG. 1 (b), FIG. 2 is a schematic diagram of an apparatus for observing the alignment marker, and FIG. FIG. 4 is an infrared observation image of the mold substrate and the optical circuit member as viewed from above using the apparatus, and FIG. 4 is a schematic view showing a manufacturing process of the optical circuit member shown in FIG. FIG. 5 is a schematic view of an example of an opto-electric hybrid board using the optical circuit member according to the present invention.
[0037]
FIG. 1A is a diagram showing the
[0038]
1 to 5,
[0039]
First, one embodiment of the optical circuit member of the present invention will be described with reference to FIG.
[0040]
The optical circuit member of the present example has a first
[0041]
[0042]
[0043]
In such a configuration, light incident on the
[0044]
Next, a configuration example for alignment of such an optical circuit member will be described with reference to FIG. A Fresnel
[0045]
The
[0046]
FIG. 3 shows an example of the detected image. In FIG. 3, a
[0047]
The image captured by the
[0048]
Next, a method of manufacturing the
[0049]
First, as shown in FIG. 4A, a first cladding
[0050]
Next, as shown in FIG. 4B, a
[0051]
Since the refractive index of the photobleaching material of the core
[0052]
Next, as shown in FIG. 4D, another patterned
[0053]
Next, as shown in FIG. 4E, after the above-described
[0054]
Note that if the
[0055]
Thereafter, Fresnel lenses (121, 122) are formed on the
[0056]
In addition, the method for manufacturing an optical circuit member according to the present invention has good mass productivity. That is, since the Fresnel lens is formed as a condensing lens or a collimating lens by collective molding by the 2P method, the Fresnel lens can be formed in a free arrangement at a time, and the mass productivity is excellent, and as a result, the cost is reduced. Can be expected.
[0057]
By the way, as a material of the
[0058]
As the
[0059]
Further, as the
[0060]
As the
[0061]
Next, an embodiment of an opto-electric hybrid board using an optical circuit member according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0062]
In this example, the optical circuit member 500 (100) of the embodiment shown in FIG. 1 is used, and a
[0063]
Then, a
[0064]
The laser light emitted from the
[0065]
Actually, since the laser light emitted from the
[0066]
Although the optical circuit member and the method of manufacturing the same according to the present invention have been described based on the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications are possible.
[0067]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the optical circuit member and the method of manufacturing the same of the present invention, it is possible to improve the positional accuracy between the optical circuit member on which the waveguide is formed and the lens forming mold substrate, and as a result, Thus, it is possible to provide an optical circuit member having high light-collecting efficiency. At the same time, it is possible to provide an opto-electric hybrid board and an optical transmission module which are inexpensive and can be used at a practical level and are used for opto-electric composite mounting using such an optical circuit member.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration of an embodiment of an optical circuit member of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of an apparatus for observing an alignment marker.
FIG. 3 is an infrared observation image of the mold substrate and the optical circuit member viewed from above with the observation device of FIG. 2;
FIG. 4 is a schematic view showing a manufacturing process of the optical circuit member shown in FIG.
FIG. 5 is a schematic view of an example of an opto-electric hybrid board using an optical circuit member according to the present invention.
[Explanation of symbols]
100 optical circuit member (organic optical waveguide member)
110 ... (optical) waveguide
111: first cladding layer
112 ... core layer
113: second cladding layer
115, 116: Diffraction grating (grating coupler)
120: Fresnel lens layer (Fresnel lens forming layer)
121, 122 ... Fresnel lens
130, 131: Alignment marker (optical circuit member side)
140 ... substrate
150 ... Fresnel lens type substrate
151: Fresnel lens forming part
152, 153 ... mold substrate side alignment marker (mold)
152 ', 153' ... edge of alignment marker (mold) on mold substrate
200 ... Optical circuit member
205: Fresnel lens forming material
206 ... diffraction grating
207: Optical circuit member side alignment marker
210 ... Fresnel lens type substrate
220 ... Objective lens
230 ... Microscope
240… Infrared camera
250 ... monitor
260 ... interference filter
270 ... Infrared light
300: whole infrared transmission image
310: transmission image of waveguide diffraction grating
320: Fresnel lens transmission image
330, 331: transmitted image of alignment marker on optical circuit member side
340, 341 ... transmission image of the alignment marker on the mold substrate side
410 ... substrate
421: Material for forming the first cladding layer
422: Core layer forming material
422A: Core layer forming material after UV exposure
422 '... waveguide
423: Material for forming second clad layer
430, 435: Photomask
435 ': Diffraction grating
440, 445, 447 ... UV light
450 ... Diffraction grating
460: Fresnel lens type substrate
470 ... Fresnel lens forming material
475… Fresnel lens
500 ... Optical circuit member
521, 522 ... Fresnel lens
550 ... wiring board
551, 552 ... through-hole
561 Surface emitting laser
565: Driver IC
571 ... photodiode
575 ... Reception IC
515, 516 ... Grating coupler
Claims (7)
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。A first clad layer, a core layer having a higher refractive index than the first clad layer, and a second clad layer having a lower refractive index than the core layer are laminated in this order, and a relief type is formed on the core layer. Alternatively, an optical circuit member in which a refractive index modulation type diffraction grating is formed and a lens optically connected to the diffraction grating is provided outside the first cladding layer or the second cladding layer. ,
An alignment marker for performing relative alignment between the diffraction grating and the mold substrate forming the lens is provided as another diffraction grating in a region different from the diffraction grating of the core layer and outside the waveguide region. An optical circuit member characterized by the above-mentioned.
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。A first clad layer, a core layer having a higher refractive index than the first clad layer, and a second clad layer having a lower refractive index than the core layer are laminated in this order, and a relief type is formed on the core layer. Alternatively, an optical circuit member having a refractive index modulation type diffraction grating formed thereon, wherein a lens optically connected to the diffraction grating is provided outside the first cladding layer or the second cladding layer. In the manufacturing method,
An alignment marker for performing relative alignment between the diffraction grating and the mold substrate forming the lens, at the same time as the step of forming the diffraction grating in the core layer, in an area different from the diffraction grating in the core layer. The light is formed as another diffraction grating outside the waveguide region, and the lens is formed by positioning the alignment marker with an alignment marker formed on a mold substrate on which the lens is formed. A method for manufacturing a circuit member.
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