JP2007171608A - 光導波路モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気回路部品の実装時等に容易な方法で高精度な位置合わせが可能となり、導波光の光学特性が劣化することもない精密な光導波路モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】コア１とコア１の上面、下面及びコア１の長手方向に沿った側面を覆うクラッド２とからなる光導波路板３の上面部分で、コア１の側面とクラッド２との境界であるコア境界線を光導波路の上面で跨ぐように金属薄膜４を形成し、この金属薄膜４をマーカーとして光導波路板３の上面に電気回路部品５を実装する光導波路モジュールの製造方法。
【選択図】図１

Description

本願発明は，コアとクラッドとからなる光導波路板において、電気回路部品の実装並びに光学部品の結合及び光導波路板の切断、光軸調芯時における高精度な位置合わせを可能とする光導波路モジュールの製造方法に関するものである。

従来から、特開２０００−２４１７７４号公報（特許文献１）に示されるように、光導波路板３に電気回路部品５を実装した光導波路モジュールについては知られている。この光導波路モジュールは、図８に示すようにコア１とクラッド２とからなる光導波路板３と、光導波路板３上に形成されるヒーター１０とで構成されている。このヒーター１０は加熱電力を与えることでヒーター１０近傍のコア１を屈折率の高い熱誘起コア部とし、この熱誘起コア部中の導波光を減衰させる作用がある。

したがって、この光導波路モジュールはヒーターによる導波光の減衰作用を活用して、光信号強度の調節や光信号の遮断に用いられる可変光減衰器として利用できるとされている。

又、特開２００３−３４４６８０号公報（特許文献２）に示されるように、光導波路モジュールの製造方法については知られている。この光導波路モジュールの製造方法は、図９に示すようにアンダークラッド２１とコア１とオーバークラッド２２とからなる光導波路板３において、光導波路板３の端面８付近におけるコア１の上面とアンダークラッド２１の上面とに金属薄膜４が形成されており、この金属薄膜４をマーカーとして電気回路部品５の実装及び光学部品の結合を行うものである。

したがって、金属薄膜４を設けたことでコア１とクラッド２との境界がはっきりしコア１の視認性が向上するため、電気回路部品５の実装及び光学部品の結合時における高精度な位置合わせが可能となるものである。
特開２０００−２４１７７４号公報 特開２００３−３４４６８０号公報

しかしながら、上記従来例である光導波路モジュール（特許文献１）にあっては、導波光の減衰量のヒーター加熱電力依存性はヒーター１０とコア１との距離が数μｍずれるだけで大きく変化してしまう。したがって、ヒーター１０となる金属薄膜４の形成には高精度の位置合わせが必要となる。

又、上記従来例である光導波路モジュールの製造方法（特許文献２）にあっては、コア１の上面に金属薄膜４を形成するため、金属薄膜４が形成されたコア１部分を通過する導波光の光学特性が劣化するという問題が生じる。電気回路部品５の実装及び光学部品の結合後に、金属薄膜４を除去することも考えられるが、この場合、コア１とオーバークラッド２２との間に金属薄膜４が形成されているため、除去は容易ではなく製造工程が複雑化するという問題が生じる。

本願発明は、上記背景技術に鑑みて発明されたものであり、その課題は、電気回路部品の実装時等に容易な方法で高精度な位置合わせが可能となり、更に、導波光の光学特性が劣化することもない精密な光導波路モジュールの製造方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本願請求項１記載の発明では、コアとコアの上面、下面及びコアの長手方向に沿った側面を覆うクラッドとからなる光導波路板の上面部分で、コアの側面とクラッドとの境界であるコア境界線を光導波路の上面で跨ぐように金属薄膜を形成し、この金属薄膜をマーカーとして光導波路板の上面に電気回路部品を実装する。

又、本願請求項２記載の発明では、上記請求項１記載の光導波路モジュールの製造方法において、電気回路部品は前記金属薄膜の一部からなることを特徴としている。

又、本願請求項３記載の発明では、上記請求項１又は２記載の光導波路モジュールの製造方法において、前記金属薄膜は前記金属薄膜の積層位置のずれを検出するための検査図形を有しており、検査図形は光導波路の上面で互いに別々のコア境界線と交差する二箇所の左右対称となる外辺部を有しており、各外辺部の左右対称の軸となる中心線と光軸方向に平行なコアの中心線とが光導波路の上面で重なるように検査図形を形成した後、外辺部とコア境界線との二つの交点の光軸方向のずれ幅を測定することで、前記金属薄膜のコアにたいする光導波路幅方向のずれ幅を検出する検査工程を設けたことを特徴としている。

又、本願請求項４記載の発明では、上記請求項１〜３いずれか一項記載の光導波路モジュールの製造方法において、光導波路板は光軸方向と交差する端面を形成するために切断を行うものであって、光導波路板の上面における切断箇所を覆うように前記金属薄膜を形成した後、切断することを特徴としている。

又、本願請求項５記載の発明では、上記請求項１〜４いずれか一項記載の光導波路モジュールの製造方法において、コアと前記金属薄膜との間に、クラッドよりも屈折率の低い低屈折率層を設けることを特徴としている。

本願請求項１記載の発明の光導波路モジュールの製造方法においては、光導波路板の上面には、直下にコアが設けられているクラッド上面と、直下にコアが設けられていないクラッド上面との間で生じる厚みのずれを反映した凸部或いは凹部が形成されており、この凸部或いは凹部の上から金属薄膜を形成することで、凸部或いは凹部の光の反射率が増加する。したがって、光の反射率が増加することで、凸部或いは凹部の視認性が向上し、この部分の金属薄膜をマーカーとして光導波路板への電気回路部品の実装並びに光学部品の結合及び光導波路板の切断、光軸調芯時における高精度な位置合わせが可能となるものである。

更に、金属薄膜は光導波路板の上面に形成されるため、光導波路板内のコア上面に金属薄膜が形成されたものと比べて、光学特性の劣化の原因となる金属薄膜による導波光の電界の吸収が減少するため、より精密な光導波路モジュールを製造することができる。

又、本願請求項２記載の発明の光導波路モジュールの製造方法においては、電気回路部品はその一部又は全部が金属薄膜からなっており、マーカーとなる金属薄膜と同時に形成するため、別々に形成する場合に比べて製造工程を短縮することができる。特に、電気回路部品としてヒーターを光導波路板の上面に実装する場合、マーカーとして用いた金属薄膜をそのまま薄膜ヒーターの抵抗体としても利用することができる。

又、本願請求項３記載の発明の光導波路モジュールの製造方法においては、金属薄膜からなる検査図形を既定の位置に形成することで、金属薄膜全体のコアに対する光導波路幅方向のずれ幅を検出することができる。ここで用いられる検査図形は、例えば二等辺三角形のような単純な形状でよく、マーカーや電気回路部品となる金属薄膜と同時に形成することができるため、製造工程を複雑化することなく金属薄膜のずれを検出することができる。

又、本願請求項４記載の発明の光導波路モジュールの製造方法においては、切断箇所を覆うように金属薄膜を形成することで切断箇所を補強し、その後、切断箇所から光導波路板を切断することで、切断面でのチッピングを防ぐことができる。又、切断箇所の光導波路の視認性が向上するため、高精度な切断が可能となる。更に、切断後に残った端面付近の金属薄膜は、光ファイバ等の光学部品を端面に結合させる時に、光学調芯の基準となるコア位置を示すマーカーとしても利用できる。

なお、切断箇所を覆う金属薄膜は、マーカーや電気回路部品や検査図形となる金属薄膜と同時に形成することができるため、製造工程を複雑化することなくチッピングを防いだ高精度な切断が可能となる。

又、本願請求項５記載の発明の光導波路モジュールの製造方法においては、光導波路の上面に金属薄膜を形成したことで、コアから上方に漏れ出した光が金属薄膜の影響を受けて光学特性の劣化を生じさせるが、コアと金属薄膜との間にクラッドよりも屈折率の低い低屈折率層を設けることで、コアから上方に漏れ出す光を低減し、金属薄膜による光学特性の劣化を抑制することができる。

図１〜５は、本願請求項１〜４に対応した第一の実施形態である光導波路モジュールの製造方法を示している。この光導波路モジュールの製造方法は、光導波路板３の上面に金属薄膜４を積層させる工程を有するものである。この金属薄膜４は、コア１とコア１の上面、下面及びコア１の長手方向に沿った側面を覆うクラッド２とからなる光導波路板３の上面部分で、コア１の側面とクラッド２との境界であるコア境界線を光導波路の上面で跨ぐように形成されており、この金属薄膜４をマーカーとして光導波路板３の上面に電気回路部品５を実装する。更に、電気回路部品５は前記金属薄膜４の一部からなっている。

又、前記金属薄膜４は前記金属薄膜４の積層位置のずれを検出するための検査図形６を有している。この検査図形６は光導波路の上面で互いに別々のコア境界線と交差する二箇所の左右対称となる外辺部７を有しており、各外辺部７の左右対称の軸となる中心線と光軸方向に平行なコア１の中心線とが光導波路の上面で重なるように検査図形６を形成した後、外辺部７とコア境界線との二つの交点の光軸方向のずれ幅を測定することで、前記金属薄膜４のコア１に対する光導波路幅方向のずれ幅を検出する検査工程に用いられる。

又、この実施形態の光導波路板３は光軸方向と交差する端面を形成するために切断を行うものであって、光導波路板３の上面における切断箇所１８を覆うように前記金属薄膜４を形成している。なお、この実施形態に用いられる金属薄膜４は全て同じ金属薄膜４積層工程で形成されるものである。

以下、この実施形態の光導波路モジュールの製造方法を、より具体的詳細に説明する。図１に示す光導波路板３はコア１がＹ分岐したものであり、光導波路板３の上面はオーバークラッド２２となる。オーバークラッド２２の上面は直下にコア１が設けられている部分と、直下にコア１が設けられていない部分との間で生じる厚みのずれを反映した凸部１１或いは凹部１２が形成されている（図２、３）。

図２に凸部１１が形成される場合の光導波路板３の製造方法を示す。まず、基板１３の上にアンダークラッド２１とコア１との二層をスピンコートする（図２(a)）。次に、スピンコートしたコア１の上からマスク１４を介しての直接露光を行い所定のコア１の形状を形成する（図２(b)(c)）。ここで、図２(c)に示すように、形成されたコア１とアンダークラッド２１とはコア１部分がでっぱった凸型となる。最後に、この凸型となったコア１とアンダークラッド２１との上からオーバークラッド２２をスピンコートすることで光導波路板３となる（図２(d)）。この時、オーバークラッド２２の上面は下層の凸型を反映し、コア１の直上部分がでっぱった凸部１１が形成される。更に、この凸部１１の上から蒸着等により金属薄膜４を積層させ、この凸部１１に形成された金属薄膜４が電気回路部品５の実装並びに光学部品の結合、光導波路板３の切断、光軸調芯時に基準として活用できるマーカーとなる（図２(e)）。

図３に凹部１２が形成される場合の光導波路板３の製造方法を示す。まず、基板１３の上にアンダークラッド２１をスピンコートする（図３(a)）。次に、所定の形に作製された電鋳型をアンダークラッド２１の上面にプレスすることでコア溝２３を形成し、形成したコア溝２３にコア１をスピンコートする（図３(b)(c)）。ここで、スピンコートしたコア１はコア溝２３を完全に満たすことはなく、図２(c)に示すように、コア溝２３を満たしきっていない部分においてコア溝２３が残り凹型となる。最後に、この凹型となったコア１とアンダークラッド２１との上からオーバークラッド２２をスピンコートすることで光導波路板３となる（図３(d)）。この時、オーバークラッド２１の上面は下層の凹型を反映し、コア１の直上部分がくぼんだ凹部１２が形成される。更に、この凹部１２の上から金属薄膜４を積層させ、この凹部１２に形成された金属薄膜４が、前記凸型部分と同様、マーカーとなる（図３(e)）。

コア１及びクラッド２の材料としては樹脂を用いており、この光導波路はシングルモードの伝搬をするものであるため、コア１とクラッド２との屈折率差は０．２％〜０．５％程度で、コア形状５〜１０μｍが望ましい。なお、オーバークラッド２２の材料としては粘性が０．５〜５．０Ｐａ・ｓｅｃであるポリマーを用いており、具体的なポリマー材料としては、アクリル系、エポキシ系、シリコーン系、ポリイミド系などの高分子材料やそれらにＳｉＯ２等を取り入れた複合材料等を用いることができる。これらのポリマー材料は溶剤揮発によるポリマー層の収縮が起こるため、オーバークラッド２２の厚みの違いによって、ポリマー層の収縮差が生じ、凸部１１或いは凹部１２が顕著に形成される。

この光導波路モジュールは、Ｙ分岐した光導波路板３の上面に電気回路部品５としてヒーター１０を実装した光導波路スイッチである。このヒーター１０はＴｉとＡｕの金属薄膜４で形成された薄膜抵抗ヒーター１０であり、Ｔｉの膜厚は１０〜５０ｎｍ、Ａｕの膜厚は１００〜５００ｎｍに成膜されている。この光導波路モジュールは金属薄膜４積層工程と、ヒーター１０実装工程と、光導波路板３を切断する切断工程と検査工程とを経て製造されるものである。

図４にヒーター１０を実装した光導波路モジュールの製造過程を示す。実際には、この光導波路板３は全体として複数のＹ分岐したコア１を有しており、切断工程を経て複数のチップに分けられるものであるが、図４では一つのチップ部分に注目して示している。まず、オーバークラッド２２の上面全体にＴｉ薄膜１５を積層させ、更にヒーター１０を実装する領域において、Ｔｉ薄膜１５の上からＡｕ薄膜１６を積層する（図４(a)(b)）。ここまでの工程を金属薄膜４積層工程とする。

次に、金属薄膜が積層された光導波路板３の上面にレジストを塗布し、その上から実装用マスク２５を載置する。この時、実装用マスク２５の四つのアライメントパターン１７が、クラッド２の上面において分岐した二つのコア１を両側面から挟みこむ位置にくるように実装用マスク２５の位置合わせを行う（図４(c)）。次に、実装用マスク２５を載置した状態で紫外線によるレジストのパターニングを行う。その後、実装用マスク２５をはずし、パターニングされたレジストの上からエッチングを施し、電気回路部品５、検査図形６、切断箇所１８の金属薄膜４を除いた他の余分な金属薄膜４を除去する（図４(d)）。なお、アライメントパターン１７が載置されていた位置の金属薄膜４も除去されずに残ることとなる。実装用マスク２５の載置から、エッチングを施すまでを電気回路部品５の実装工程とする。次に、切断工程において切断箇所１８に積層された金属薄膜４部分を基準にして、光導波路板３のＡ１−Ａ２間およびＢ１−Ｂ２間をブレードで切断することで一つのチップとする。

最後に、検査工程において、チップ化された光導波路モジュールの金属薄膜４の積層位置のずれを検出する。図５(a)にこの実施形態で用いられた検査図形６及びコア１を示す。検査図形６は二等辺三角形であり、検査図形６の二等分線１９と光軸方向に平行なコア１の中心線であるコア中心線２０とが光導波路の上面で重なれば、金属薄膜４は正確な位置に積層されていることになる。

しかし、図５(a)に示すように、検査図形６の二等分線１９とコア中心線２０とがずれた場合は、検査図形６の外辺部７とコア１側面とクラッド２との境界線であるコア境界線との二つの交点は、光軸方向に一定のずれ幅ｘを持つ。したがって、このずれ幅ｘを測定することで、金属薄膜４の光導波路幅方向のずれ幅ｙを測定することができる。ずれ幅ｘはずれ幅ｙよりも大きくなるため、直接ｙを測定するよりは、金属薄膜４のずれ幅を測定しやすくなるものである。なお、図５(b)に示すように、Ｙ分岐したコア１部分に検査図形６を積層する場合は、検査図形６を長方形にすることで、二等辺三角形の検査図形６を用いた場合と同様に、金属薄膜４の光導波路幅方向のずれ幅を測定することができる。

したがって、この実施形態の光導波路モジュール製造方法においては、オーバークラッド２２の上面の凸部１１或いは凹部１２に金属薄膜４を形成することで、凸部１１或いは凹部１２の光の反射率が増加する。光の反射率が増加することで、凸部１１或いは凹部１２の視認性は向上するため、この部分の金属薄膜４をマーカーとして光導波路板３への電気回路部品５の実装並びに光学部品の結合及び光導波路板３の切断、光軸調芯時における高精度な位置合わせが可能となる。

更に、金属薄膜４は光導波路板３の上面に形成されるため、光導波路板３内のコア１上面に金属薄膜４が形成されたものと比べて、光学特性の劣化の原因となる金属薄膜４による導波光の電界の吸収が減少するため、より精密な光導波路モジュールを製造することができる。

又、電気回路部品５として用いられたヒーター１０は金属薄膜４からなっており、マーカーとなる金属薄膜４と同時に形成するため、別々に形成する場合に比べて製造工程を短縮することができる。

又、切断箇所１８に形成された金属薄膜４は切断箇所１８を補強し、その後、切断箇所１８から光導波路板３を切断することで、切断面でのチッピングを防ぐことができる。又、切断箇所１８の光導波路の視認性が向上するため、高精度な切断が可能となる。更に、切断後に残った端面付近の金属薄膜４は、光ファイバ等の光学部品を端面に結合させる時に、光軸調芯の基準となるコア１位置を示すマーカーとしても利用できる。

なお、切断箇所１８を覆う金属薄膜４は、マーカーや電気回路部品５や検査図形６となる金属薄膜４と同時に形成することができるため、製造工程を複雑化することなくチッピングを防いだ高精度な切断が可能となる。

又、この実施形態の金属薄膜４は、Ｔｉの膜厚を１０〜５０ｎｍとすることで引張応力状態とし、Ａｕの膜厚を１００〜５００ｎｍとすることで圧縮応力状態としているため、Ｔｉ／Ａｕの二層膜形成時に膜応力が相殺され、はがれにくい安定した膜を形成している。

なお、この実施形態では、金属薄膜４として、ＴｉとＡｕを用いているが、金属薄膜４の材料としては、他にＡｌ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、などを用いることができる。又、電気回路部品５の実装後に残った金属薄膜４を熱処理、イオン注入等により窒化又は酸化させてもよい。この場合、窒化又は酸化することで金属薄膜４の屈折率が低くなり、金属薄膜４による導波光の電界の吸収が抑制されるため、導波光の光学特性の劣化をさらに小さくすることができる。

図６は、本願請求項１〜５に対応した第二の実施形態である光導波路モジュールの製造方法を示している。なお、ここでは、上記第一の実施形態と相違する事項についてのみ説明し、その他の事項（構成、作用効果等）については、上記第一の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。この光導波路モジュール製造方法は、オーバークラッド２２の上面から窒素をドープすることでクラッド２よりも屈折率の低い低屈折率層９を設け、この低屈折率層９の上面に金属薄膜４を形成する。

この場合、金属薄膜４の直下のオーバークラッド２２の屈折率が低下し低屈折率層９となることで、オーバークラッド２２から金属薄膜４へと漏れ出す光を低減でき、金属薄膜４による導波光の電界の吸収が抑制されるため、導波光の光学特性の劣化をさらに小さくすることができる。

なお、アンダークラッド２１及びコア１の上に低屈折率層９を形成してもよい。この場合も、同様にコア１からオーバークラッド２２へと漏れ出す光を低減できるため、導波光の光学特性の劣化をさらに小さくすることができる。

図７は、本願請求項１に対応した第三の実施形態である光導波路モジュールの製造方法を示している。なお、ここでは、上記第一の実施形態と相違する事項についてのみ説明し、その他の事項（構成、作用効果等）については、上記第一の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。この光導波路モジュールは光導波路板３の上面に接着剤にて、ガラスカバー２４を接着させるものであって、ガラスカバー２４が接着されるクラッド２上面のコア１直上付近にあらかじめ金属薄膜４を積層させ、積層した金属薄膜４の上からガラスカバー２４を接着させる。

この場合、コア１付近のクラッド２は金属薄膜４で補強されるため、接着剤の強化収縮による応力が緩和され、光導波路にクラックが発生するのを防ぐことができる。なお、この実施形態は本願請求項２〜５の効果は奏さない。

本願発明の第一の実施形態である光導波路モジュールを示す上面図。 本願発明の第一の実施形態である凸部形成型の光導波路板の製造方法を示す断面図。 本願発明の第一の実施形態である凹部形成型の光導波路板の製造方法を示す断面図。 本願発明の第一の実施形態である光導波路モジュールの製造方法を示す上面図。 同光導波路モジュールの製造方法において検査工程を示す上面図。 本願発明の第二の実施形態である光導波路モジュールを示す断面図。 本願発明の第三の実施形態である光導波路モジュールを示す上面図。 従来例である光導波路モジュールを示す上面図。 従来例である光導波路モジュールを示す斜視図。

符号の説明

１ コア
２ クラッド
３ 光導波路板
４ 金属薄膜
５ 電気回路部品
６ 検査図形
７ 外辺部
８ 端面
９ 低屈折率層

Claims (5)

1. コアとコアの上面、下面及びコアの長手方向に沿った側面を覆うクラッドとからなる光導波路板の上面部分で、コアの側面とクラッドとの境界であるコア境界線を光導波路の上面で跨ぐように金属薄膜を形成し、この金属薄膜をマーカーとして光導波路板の上面に電気回路部品を実装する光導波路モジュールの製造方法。
2. 電気回路部品は前記金属薄膜の一部からなることを特徴とする請求項１記載の光導波路モジュールの製造方法。
3. 前記金属薄膜は前記金属薄膜の積層位置のずれを検出するための検査図形を有しており、検査図形は光導波路の上面で互いに別々のコア境界線と交差する二箇所の左右対称となる外辺部を有しており、各外辺部の左右対称の軸となる中心線と光軸方向に平行なコアの中心線とが光導波路の上面で重なるように検査図形を形成した後、外辺部とコア境界線との二つの交点の光軸方向のずれ幅を測定することで、前記金属薄膜のコアに対する光導波路幅方向のずれ幅を検出する検査工程を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の光導波路モジュールの製造方法。
4. 光導波路板は光軸方向と交差する端面を形成するために切断を行うものであって、光導波路板の上面における切断箇所を覆うように前記金属薄膜を形成した後、切断することを特徴とする請求項１〜３いずれか一項記載の光導波路モジュールの製造方法。
5. コアと前記金属薄膜との間に、クラッドよりも屈折率の低い低屈折率層を設けることを特徴とする請求項１〜４いずれか一項記載の光導波路モジュールの製造方法。

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