JP2005203630A - 光部品の製造方法、光部品、光通信装置及び電子機器 - Google Patents

光部品の製造方法、光部品、光通信装置及び電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】 光部品の製造時においてマイクロレンズの損傷をより確実に回避できる技術を提供すること。
【解決手段】 基材上の所定位置にマイクロレンズを配置してなる光部品の製造方法であって、複数の光部品のそれぞれの基材となるべき母基材(100)を用意する第1工程と、母基材の一方面であって、光信号の入射面又は出射面に対応する複数箇所のそれぞれにマイクロレンズ(12)を形成する第2工程と、母基材の一方面上の複数箇所に、マイクロレンズの最上部よりも高い突起部材(14)を形成する第3工程と、母基材の一方面上に突起部材を覆うようにして、マイクロレンズを保護するためのシート状部材(112)を配置する第4工程と、母基材を複数の光部品のそれぞれに対応する領域ごとに分割する亀裂(116)を母基材に形成する第5工程と、母基材からシート状部材を分離する第6工程と、を含む。
【選択図】 図1

Description

本発明は、光通信システムに用いて好適な光部品とその製造方法に関する。
従来、基幹系、アクセス系において使用されていた光通信の技術は、LAN(Local Area Network)はもとより、各種装置に含まれる回路チップ相互間、あるいは回路基板相互間などにおける信号の高速伝送の用途に応用されつつある。このような光通信に用いられる光部品或いは光モジュール等においては、発光素子又は受光素子とマイクロレンズが組み合わされているもの場合が多い。これら光部品等を低コストに製造するために、液滴吐出法(インクジェット法)を採用して光部品の所望位置(例えば、発光素子の発光面等)にマイクロレンズを形成する技術が提案されている。液滴吐出法を採用した場合には、例えば、多数の光素子(発光素子又は受光素子)を含むウェハの全面を走査しながら各光素子に対応した位置に所望形状のマイクロレンズを形成し、その後当該ウェハを分割することにより、複数の光部品を一括して製造することができる。液滴吐出法を利用したマイクロレンズの製造技術は、例えば特開2002−331532号公報(特許文献1)などの文献に開示されている。
特開2002−331532号公報
液滴吐出法を採用して複数の光部品を一括形成する製造方法においては、ウェハ上にマイクロレンズを形成した後に当該ウェハを分割してチップ化する際に、マイクロレンズに傷が付いたり、マイクロレンズがウェハから離脱するなどの損傷が生じやすい。これに対して、保護シートをウェハ上に配置してマイクロレンズの保護を図る手法も考えられる。しかしながら、当該手法を採用した場合にも、保護シート自体がマイクロレンズと接触することによってマイクロレンズに損傷が生じる場合もあり得る。かかる不都合は、マイクロレンズを備える光部品を製造する際の歩留まりに悪影響を与える。このため、マイクロレンズを有する光部品の製造時におけるマイクロレンズの損傷をより確実に回避することを可能とする技術が望まれている。
そこで、本発明は、マイクロレンズを有する光部品の製造時において当該マイクロレンズの損傷をより確実に回避できる技術を提供することを目的とする。
第1の態様の本発明は、基材に設けられる光信号の出射面又は入射面の上側にマイクロレンズを配置してなる光部品の製造方法であって、複数の光部品のそれぞれの基材となるべき母基材を用意する第1工程と、母基材の一方面であって、入射面又は出射面に対応する複数箇所のそれぞれにマイクロレンズを形成する第2工程と、母基材の一方面上の複数箇所にマイクロレンズの最上部よりも高さの大きい突起部材を形成する第3工程と、母基材の一方面上に突起部材を覆うようにして、マイクロレンズを保護するためのシート状部材を配置する第4工程と、母基材を複数の光部品のそれぞれに対応する領域ごとに分割する亀裂を母基材に形成する第5工程と、母基材からシート状部材を分離する第6工程と、を含むものである。なお、第2工程(マイクロレンズの形成工程)と第3工程(突起部材の形成工程)とはその順番を入れ替えてもよく、同時に行ってもよい。また、「光信号の出射面又は入射面」としては、例えば、光信号を出力し又は光信号を受光して電気信号に変換する光素子の発光面又は受光面が挙げられる。
かかる製造方法では、母基材(ウェハ等)の一方面上にシート状部材を配置する際に、マイクロレンズよりも高さの高い突起部材の存在によって、シート状部材とマイクロレンズとの接触が回避される。このため、シート状部材によってマイクロレンズを外部から保護しつつ、シート状部材自体によるマイクロレンズの損傷も回避可能となる。したがって、マイクロレンズを有する光部品の製造時において当該マイクロレンズの損傷をより確実に回避することが可能となる。
好ましくは、上記第4工程に先立って、母基材を複数の光部品のそれぞれに対応する領域ごとに区分けするスクライブ線を形成する第7工程を更に含む。
これにより、母基材を各光部品ごとに分割する亀裂の形成が容易となる。
好ましくは、上記第2工程は、母基材上に液滴吐出法によって液状材料を滴下し、当該滴下した液状材料を硬化させることによりマイクロレンズを形成する。
これにより、基材上の複数箇所へのマイクロレンズの形成が容易となり、量産性に優れて好適である。
好ましくは、上記第3工程は、複数のマイクロレンズのそれぞれの近傍に一又は複数の突起部材を形成する。
各マイクロレンズのそれぞれに対応して突起部材を配置することにより、各マイクロレンズとシート状部材との接触をより確実に回避することが可能となる。
好ましくは、上記第3工程は、突起部材として、ワイヤボンディング法によりスタッドバンプを形成する。
これにより、既存のボンディング装置(ボンダー)を利用して本発明に好適な突起部材を形成することが可能となる。本発明の採用による製造コストの上昇を極力回避することが可能となり都合がよい。
また、上記第3工程においては、母基材上に液滴吐出法によって液状材料を滴下し、当該滴下した液状材料を硬化させることにより突起部材を形成してもよい。更には、突起部材の形成に用いる液状材料をマイクロレンズの場合と同一材料とすることも好適である。
当該方法によっても本発明に好適な突起部材を容易に形成し得る。この方法を採用する場合には、突起部材の形成をマイクロレンズの形成と併せて行うことも可能となる。また、突起部材の形成に用いる液状材料をマイクロレンズの場合と同一材料とすると、製造プロセスの簡略化の点で更に好適である。
また、上記第4工程において、シート状部材として粘着性を有するものを用い、突起部材を覆うとともに当該突起部材とシート状部材とを粘着させるようにし、上記第6工程において、母基材からシート状部材を分離する際に併せて突起部材を母基材から除去するようにすることも好適である。
これにより、最終的に突起部材が不要な場合にはシート状部材の分離と併せて突起部材の除去ができるので、製造プロセスの簡略化の点で好適である。
第2の態様の本発明は、上記第1の態様の本発明の製造方法によって製造される光部品であり、以下のような構造的特徴を有する。すなわち、第2の態様の本発明は、基材に設けられる光信号の出射面又は入射面の上側にマイクロレンズを配置してなる光部品であって、基材の一方面上のマイクロレンズの近傍に当該マイクロレンズの最上部よりも高さの大きい一又は複数の突起部材を有するものである。
好ましくは、上記突起部材が導電性材料からなるスタッドバンプからなる。
これにより、既存のボンディング装置(ボンダー)を流用して突起部材を形成することが可能となる。
また、上記突起部材がマイクロレンズと同一材料で構成されることも好ましい。
これにより、マイクロレンズの形成工程と併せて突起部材も形成可能となり都合がよい。
好ましくは、上記基材は、光信号を出力し又は光信号を受光して電気信号に変換する光素子を含むものであり、当該光素子の発光面又は受光面が光信号の出射面又は入射面に対応する。また、この場合において突起部材を導電性材料からなるスタッドバンプで構成する場合には、当該スタッドバンプの少なくとも一部を光素子と外部との電気的接続を担う端子として兼用することが好ましい。
これにより、光部品の構成の簡略化が可能となる。
第3の態様の本発明は、上述した光部品を備える光通信装置(光トランシーバ)でもある。このような本発明にかかる光通信装置は、例えば、パーソナルコンピュータやいわゆるPDA(携帯型情報端末装置)など、光を伝送媒体として外部装置等との間の情報通信を行う各種の電子機器に用いることが可能である。なお、本明細書において「光通信装置」とは、光信号の送信にかかる構成(発光素子等)と光信号の受信にかかる構成(受光素子等)の両方を含む装置のみならず、送信にかかる構成のみを備える装置(いわゆる光送信モジュール)や受信にかかる構成のみを備える装置(いわゆる光受信モジュール)を含む。
第4の態様の本発明は、上述した光部品を備える電子機器、或いは当該光部品を含んでなる光通信装置を備える電子機器である。ここで、本明細書において「電子機器」とは、電子回路等を用いて一定の機能を実現する機器一般をいい、その構成には特に限定がないが、例えば、パーソナルコンピュータ、PDA(携帯型情報端末)、電子手帳など各種機器が挙げられる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。以下では、半導体基板に発光素子の1つであるVCSEL(面発光レーザ)が設けられており、このVCSELの発光面(光信号の出射面)の上側にマイクロレンズが配置されてなるVCSELチップ(光部品)を例にして説明を行う。
図1は、一実施形態のVCSELチップの製造方法について説明する工程図である。
まず、図1(A)に示すように、複数のVCSELチップのそれぞれの基材となるべきVCSELウェハ(母基材)100を用意する。このVCSELウェハ100は、例えばGaAs基板等の半導体基板であり、複数のVCSEL10が所定間隔で形成されている。
次に、図1(B)に示すように、VCSELウェハ100の一方面であって、各VCSEL10のそれぞれの発光面の上側にマイクロレンズ12を形成する。マイクロレンズ12の具体的な形成方法については種々の方法を採用し得るが、例えば本実施形態では、液滴吐出法によって各マイクロレンズ12を形成する。
具体的には、図1(B)に示すように、VCSELウェハ100上に液滴吐出装置102によって液状材料を滴下し、当該滴下した液状材料を硬化させることにより各マイクロレンズ12を形成する。滴下する液状材料としては、例えば、光硬化性の樹脂材料や熱硬化性の樹脂材料などが好適に用いられる。本実施形態では紫外線硬化性の樹脂材料を用いる。滴下された樹脂材料はVCSELウェハ100上で表面張力によって球状化するので、これに光照射装置104によって紫外光を照射して硬化させることにより、樹脂製のマイクロレンズ12が得られる。液状の樹脂材料の粘性、形成時の雰囲気温度、VCSELウェハ100の表面形状や濡れ性などの条件を適宜選択することによって、所望形状(高さや径など)のマイクロレンズ12を形成することができる。
次に、図1(C)に示すように、VCSELウェハ100の一方面上の複数箇所に、各マイクロレンズ12の最上部よりも高さの大きい突起部材14を形成する。ここでマイクロレンズ12の「最上部」とは、VCSELウェハ100の一方面(上面)を基準として最も高い部分をいい、図示の例では、基板面から半球状のマイクロレンズ12の頂点が対応する。このマイクロレンズ12の頂点よりも高さが大きくなるように突起部材14が形成される。
なお、マイクロレンズ12の形成工程と突起部材14の形成工程とはその順番を入れ替えてもよく、同時に行ってもよい。
本実施形態では、突起部材14として、ワイヤボンディング法によりスタッドバンプを形成する。この場合には、予めVCSELウェハ100の一方面上のスタッドバンプが形成されるべき位置にAu(金)などからなるパッドを設けておく。そして、Auなどの導電性材料からなるワイヤをパッドに押し当てて超音波をかけることによりワイヤとパッドとの界面で摩擦熱が発生し、ワイヤの先端が溶融してパッドに溶着する。その後、ワイヤを引きちぎることにより図示のようなスタッドバンプが形成される。
図2は、突起部材14の配置状態について説明する図である。図2(A)は、VCSELウェハ100のうち、一のVCSELチップに対応する部分に着目して示した斜視図である。また、図2(B)は、VCSELチップを上面側から見た平面図である。本実施形態の製造工程が完了した後には、図示のようなVCSELチップ1が得られる。図2に示すように本実施形態では、突起部材14は、基材16上であって各マイクロレンズ12のそれぞれの近傍(周囲)に4つずつ形成される。なお、各マイクロレンズ12の周囲に形成する突起部材14の数は4つに限定されるものではなく、1つ以上の所望の数を適宜選択することが可能である。上述したスタッドバンプの形成時に用いるパッドは、例えば、VCSEL10のアノード電極18やカソード電極20の形成時に併せて形成しておけばよい。
次に、図1(D)に示すように、VCSELウェハ100を複数のVCSELチップ1のそれぞれに対応する領域ごとに区分けするスクライブ線110を形成する。本工程は、例えば、ダイヤモンド・ソーなどの鋭利な刃を備えるダイシング装置106を用いて行われる。また本例では、スクライブ線110の形成時にVCSELウェハ100の裏面(他方面)に保護用のシート状部材108を用いる。シート状部材108としては、例えばPET(ポリエチレン・テレフタレート)などの樹脂からなるフィルムが用いられる。
次に、図1(E)に示すように、VCSELウェハ100の一方面上に突起部材14のそれぞれを覆うようにして、各マイクロレンズ12を保護するためのシート状部材112を配置する。図示のように、各突起部材14の存在によりシート状部材112と各マイクロレンズ12との接触が回避される。シート状部材112としては、例えばPET(ポリエチレン・テレフタレート)などの樹脂からなるフィルムが用いられる。
次に、図1(E)に示すように、VCSELウェハ100を複数のVCSELチップ1のそれぞれに対応する領域ごとに分離する亀裂116を形成する。本例では、VCSELウェハ100のスクライブ線110が形成された位置に対して当該VCSELウェハ100の裏面側(或いは表面側)からブレード114を打ち付け、VCSELウェハ100の各箇所を結晶面に沿って劈開させることにより亀裂116を形成する。
次に、図1(F)に示すように、VCSELウェハ100からシート状部材108及び112を分離する。その後、上述した亀裂116に沿ってVCSELウェハ100を分割することにより、図1(G)に示すように複数のVCSELチップ1が得られる。
図3は、本実施形態のVCSELチップ1の実装状態の一例を説明する斜視図である。本例のVCSELチップ1は、例えば図示のように、アノード電極18及びカソード電極20のそれぞれと回路基板等の所定位置との相互間がボンディングワイヤによって接続される。
図4は、VCSELチップの他の構成例を説明する図である。図4(A)は本例のVCSELチップの斜視図、図4(B)は本例のVCSELチップを上面側から見た平面図をそれぞれ示している。図4に示すVCSELチップ1aのように、突起部材14の形成工程(図1(C)参照)において、突起部材14の一部をVCSEL10のアノード電極18及びカソード電極20の上側に形成してもよい。このような構成例は、図5に例示するように、VCSELチップ1aを回路基板2の配線上に対してフリップチップ方式で実装する場合に特に好適である。この場合には、突起部材14として形成したスタッドバンプが後に外部との電気的接続を担う端子を兼ねることとなり、製造プロセスの簡略化やVCSELチップ1aの構造の簡素化などの点で都合がよい。
このように、本実施形態では、VCSELウェハ100(母基材)の一方面上にシート状部材112を配置する際に、マイクロレンズ12よりも高さの高い突起部材14の存在によって、シート状部材112と各マイクロレンズ12との接触が回避される。このため、シート状部材112によって各マイクロレンズ12を外部から保護しつつ、シート状部材112自体によるマイクロレンズ12の損傷も回避可能となる。したがって、マイクロレンズを有するVCSELチップ1(光部品)の製造時において当該マイクロレンズの損傷をより確実に回避することが可能となる。
本実施形態にかかるVCSELチップは、光通信装置(光トランシーバ)に用いて好適である。このような本発明にかかる光通信装置は、例えば、パーソナルコンピュータやいわゆるPDA(携帯型情報端末装置)など、光を伝送媒体として外部装置等との間の情報通信を行う各種の電子機器に用いることが可能である。
なお、本発明は上述した各実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。
例えば、上述した実施形態では突起部材14として導電性材料からなるスタッドバンプを形成していたが、突起部材はこれに限定されるものではなく、マイクロレンズ12とシート状部材112とを離間させる機能を達成し得る限り如何なるものも採用し得る。例えば、VCSELウェハ100上に液滴吐出法によって液状材料を滴下し、当該滴下した液状材料を硬化させることにより突起部材を形成することができる。この方法を採用する場合には、突起部材の形成をマイクロレンズ12の形成と併せて行うことも可能となる。
図6は、突起部材を液滴吐出法によって形成する場合の例を説明する部分的な工程図である。上述した図1(B)に示す工程と同様にして、液滴吐出装置102から液状材料を滴下し、当該滴下した液状材料に対して光照射装置104により光照射を行うことにより、VCSELウェハ100上に各マイクロレンズ12を形成する(図6(A))。この工程と併せて、図6(B)に示すように、液滴吐出装置102から液状材料を滴下し、当該滴下した液状材料に対して光照射装置により光照射を行うことにより、突起部材14aを形成する。突起部材14aとマイクロレンズ12とを同じ液状材料によって形成することも好ましい。この場合には、突起部材14aを形成するための液状材料の滴下とマイクロレンズ12を形成するための液状材料の滴下とを同時進行で行い、その後一括して光照射を行うことも好ましい。この方法では、突起部材14aとマイクロレンズ12とが同一材料で構成されることになる。かかる方法は製造工程の簡素化の点で都合がよい。
また、シート状部材として粘着性を有するものを用い、突起部材を覆うとともに当該突起部材とシート状部材とを粘着させるようにし、VCSELウェハからシート状部材を分離する際に併せて突起部材を除去するようにすることも好適である。
図7は、シート状部材を分離する際に併せて突起部材を除去する場合の例を説明する部分的な工程図である。上述した図1(E)に示す工程と同様にして、VCSELウェハ100の一方面上に突起部材14のそれぞれを覆うようにして、各マイクロレンズ12を保護するためのシート状部材112aを配置する(図7(A))。このとき、シート状部材112aとして粘着性を有するものを用いておき、当該シート状部材112aと突起部材14とをよく粘着させる。その後、シート状部材112aを取り外す時に併せて突起部材14をVCSELウェハ100から除去する(図7(B))。この場合には、予め、VCSELウェハ100の一方面上に、突起部材14との接合力を弱めるための処理を行っておくと、シート状部材112aの粘着力を利用した突起部材14の除去がより容易となるため好ましい。本例の製造方法は、最終的に突起部材14が不要な場合に特に有効である。
また、上述した実施形態では、各VCSEL10のそれぞれに対応づけてその周囲に突起部材を設けていたが(図1(C)及び図2参照)、突起部材の配置は各VCSELごとにしなくてもよい。突起部材14は、マイクロレンズ12とシート状部材112との間に隙間を確保するに足りるだけの数がVCSELウェハ100上に配置されていればよい。
また、上述した実施形態では、本発明を適用してVCSELチップを製造する場合の一例を説明していたが、同様にして、フォトダイオードやフォトトランジスタ等の受光素子を含み、当該受光素子に対する光信号の入射面の上側にマイクロレンズを配置する受光素子チップを製造する場合についても本発明を適用することが可能である。更には、本発明の適用範囲はこれらの発光素子又は受光素子を含むチップに限定されるものではなく、光信号の出射面又は入射面を有する基材に対して、これら出射面等の上側にマイクロレンズを配置してなる各種の光部品に対して広く適用することが可能である。
図8は、本発明を適用可能な他の光部品の例を説明する図である。図8(A)に例示する光部品1bは、透明基材16aの一方面に発光又は受光を行う光素子10bを配置し、透明基材16aを挟んで当該光素子10bと対向する位置(光素子10bの光路上)にマイクロレンズ12bを配置して構成されるものである。また、図8(B)に例示する光部品1cは、透明基材16cの内部に例えば回折格子などの光学的要素20が形成されており、当該光学的要素を通過する光信号の光路上であって透明基材16cの一方面にマイクロレンズ12cを配置してなるものである。この光部品は、例えば光信号の光路中に配置されて、光信号をその波長に応じて選択的に通過させる等の用途に用いられる。このように本発明は、光信号の入出力がなされ、当該光信号の出射面又は入射面の上側にマイクロレンズを配置してなる各種の光部品に対して適用することが可能である。
一実施形態のVCSELチップの製造方法について説明する工程図である。 突起部材の配置状態について説明する図である。 VCSELチップの実装状態の一例を説明する斜視図である。 VCSELチップの他の構成例を説明する図である。 VCSELチップの実装状態の一例を説明する断面図である。 突起部材を液滴吐出法によって形成する場合の例を説明する部分的な工程図である。 シート状部材を分離する際に併せて突起部材を除去する場合の例を説明する部分的な工程図である。 本発明を適用可能な他の光部品の例を説明する図である。
符号の説明
1…VCSELチップ(光部品)、 10…VCSEL、 12…マイクロレンズ、 14…突起部材、 16…基材、 100…VCSELウェハ(母基材)、 102…液滴吐出装置、 104…光照射装置、 106…ダイシング装置、 110…スクライブ線、 112…シート状部材、 116…亀裂

Claims (14)

  1. 基材に設けられる光信号の出射面又は入射面の上側にマイクロレンズを配置してなる光部品の製造方法であって、
    複数の前記光部品のそれぞれの基材となるべき母基材を用意する第1工程と、
    前記母基材の一方面であって、前記入射面又は出射面に対応する複数箇所のそれぞれにマイクロレンズを形成する第2工程と、
    前記母基材の一方面上の複数箇所に、前記マイクロレンズの最上部よりも高さの大きい突起部材を形成する第3工程と、
    前記母基材の一方面上に前記突起部材を覆うようにして、前記マイクロレンズを保護するためのシート状部材を配置する第4工程と、
    前記母基材を複数の前記光部品のそれぞれに対応する領域ごとに分割する亀裂を前記母基材に形成する第5工程と、
    前記母基材から前記シート状部材を分離する第6工程と、
    を含む、光部品の製造方法。
  2. 前記第4工程に先立って、
    前記母基材を複数の前記光部品のそれぞれに対応する領域ごとに区分けするスクライブ線を形成する第7工程を更に含む、請求項1に記載の光部品の製造方法。
  3. 前記第2工程は、前記母基材上に液滴吐出法によって液状材料を滴下し、当該滴下した液状材料を硬化させることにより前記マイクロレンズを形成する、請求項1に記載の光部品の製造方法。
  4. 前記第3工程は、複数の前記マイクロレンズのそれぞれの近傍に一又は複数の前記突起部材を形成する、請求項1に記載の光部品の製造方法。
  5. 前記第3工程は、前記突起部材として、ワイヤボンディング法によりスタッドバンプを形成する、請求項1に記載の光部品の製造方法。
  6. 前記第3工程は、前記母基材上に液滴吐出法によって液状材料を滴下し、当該滴下した液状材料を硬化させることにより前記突起部材を形成する、請求項1に記載の光部品の製造方法。
  7. 前記第4工程は、前記シート状部材として粘着性を有するものを用い、前記突起部材を覆うとともに当該突起部材と前記シート状部材とを粘着させ、
    前記第6工程は、前記母基材から前記シート状部材を分離する際に併せて前記突起部材を前記母基材から除去する、請求項1に記載の光部品の製造方法。
  8. 基材に設けられる光信号の出射面又は入射面の上側にマイクロレンズを配置してなる光部品であって、
    前記基材の一方面上の前記マイクロレンズの近傍に当該マイクロレンズの最上部よりも高さの大きい一又は複数の突起部材を有する、光部品。
  9. 前記突起部材が導電性材料からなるスタッドバンプである、請求項8に記載の光部品。
  10. 前記突起部材が前記マイクロレンズと同一材料で構成される、請求項8に記載の光部品。
  11. 前記基材は、前記光信号を出力し又は前記光信号を受光して電気信号に変換する光素子を含み、当該光素子の発光面又は受光面が前記光信号の出射面又は入射面に対応する、請求項8に記載の光部品。
  12. 前記突起部材が導電性材料からなるスタッドバンプであり、その少なくとも一部が前記光素子と外部との電気的接続を担う端子を兼ねる、請求項8に記載の光部品。
  13. 請求項8乃至12のいずれかに記載の光部品を備える光通信装置。
  14. 請求項8乃至12のいずれかに記載の光部品を備える電子機器。

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