JP2012027500A - Method for manufacturing optical control element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光制御素子の製造方法に関し、特に、電気光学効果を有するウェハ基板上に形成された光制御素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a light control element, and more particularly to a method for manufacturing a light control element formed on a wafer substrate having an electro-optic effect.
従来、光通信分野や光測定分野において、電気光学効果を有する基板上に光導波路や変調電極を形成した導波路型光変調器などの光制御素子が多用されている。
光変調周波数の広帯域化を実現するためには、変調信号であるマイクロ波と光波との速度整合を図ることが重要であり、これまでに、様々な方法が考案されている。具体例を挙げれば、バッファ層の厚膜化、電極の高アスペクト化やリッジ構造などがこれにあたる。
Conventionally, in the optical communication field and the optical measurement field, a light control element such as a waveguide type light modulator in which an optical waveguide or a modulation electrode is formed on a substrate having an electro-optic effect is widely used.
In order to realize a wider optical modulation frequency, it is important to match the speed of the modulation signal microwave and the light wave, and various methods have been devised so far. Specific examples include thicker buffer layers, higher aspect ratios of electrodes, and ridge structures.
また、以下の特許文献1又は2においては、30μm以下の厚みを有する極めて薄い基板(以下、「第1基板」という。)に、光導波路並びに変調電極を組み込み、第1基板より誘電率の低い他の基板を接合し、マイクロ波に対する実効屈折率を下げ、マイクロ波と光波との速度整合を図ることが行われている。
In
これらのように、薄板化された第1基板を用いることで、光制御素子の設計自由度が飛躍的に高まり、例えばバッファ層を用いずとも、広帯域かつ低駆動電圧の光変調器などが作製可能となる。またさらに、マイクロ波の伝搬速度低減の観点からは、誘電率の低い材料を基板に用いることと同義に、第1基板を具体的には150μm以下とすることで、特に26GHz以上の領域においてマイクロ波自身の誘電体損(tanδ)の影響を低減できることが以下の非特許文献1により公開され、光変調器の広帯域化に適用されている。
By using the thinned first substrate like this, the design flexibility of the light control element is dramatically increased. For example, an optical modulator having a wide band and a low driving voltage can be manufactured without using a buffer layer. It becomes possible. Furthermore, from the viewpoint of reducing the propagation speed of microwaves, it is synonymous with the use of a material having a low dielectric constant for the substrate. Specifically, the first substrate is specifically set to 150 μm or less, and particularly in the region of 26 GHz or more. The following
他方、図1に示すように、光変調器などの光制御素子においては、電気光学効果を有する基板1上に、光導波路2を形成し、該光導波路を伝搬する光波を変調するための制御用電極が形成されている。制御用電極は、図1のように、信号電極3や接地電極4などからなり、光変調に寄与しない領域には、基板表面又は基板表面に形成されたバッファ層が剥き出しの状態となっている。
On the other hand, as shown in FIG. 1, in an optical control element such as an optical modulator, an
図1のような光制御素子は、通常、1枚のウェハ(電気光学効果を有する数インチφの基板)の中に、複数の光制御素子が作り込まれ、最後に該ウェハを切断することで、個々の光制御素子が製造されている。また、上述したような基板の厚みが薄い光制御素子においては、ウェハの状態で基板の裏面を研磨して薄板化が行われている。さらに、薄板化した基板に対し、不純物をドーピングしたり、所定温度で加熱し基板の歪みを除去するなど、ウェハ加熱処理も行われている。 In the light control element as shown in FIG. 1, usually, a plurality of light control elements are formed in one wafer (a substrate of several inches φ having an electro-optic effect), and finally the wafer is cut. Thus, individual light control elements are manufactured. Further, in the light control element having the thin substrate as described above, the back surface of the substrate is polished in a wafer state to reduce the thickness. Further, a wafer heating process is also performed, such as doping impurities on the thinned substrate or heating the substrate at a predetermined temperature to remove distortion of the substrate.
研磨工程においては、図2に示すように、ウェハ状の基板1に制御用電極3,4を形成した後、ワックスなどの接着剤10で研磨ダミー基板11に基板1を固定し、基板1の裏面を研磨している。しかしながら、研磨工程時には、制御用電極3,4が離散的に配置されているのみであるため、基板1と接着剤10との接合部に掛る研磨時の応力が図2のAやBの部分などに集中し、制御用電極の一部が基板1から剥離するなどの破損が生ずる。
In the polishing step, as shown in FIG. 2, after the
また、薄板化された基板に対するウェハ加熱工程や基板切断工程などにおいては、制御用電極の形成部分とこれらが形成されていない部分とでは、熱応力や機械的強度が異なり、基板1が容易に破損するなどの問題を生じていた。
Further, in the wafer heating process and the substrate cutting process for the thinned substrate, the thermal stress and mechanical strength are different between the portion where the control electrode is formed and the portion where these are not formed, and the
本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、薄板化された基板を利用した光制御素子の製造時に、基板の研磨工程やウェハ加熱工程、さらには基板切断工程などにおいて、薄板や薄板上の電極が破損することを防止し、生産性の高い光制御素子の製造方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to solve the above-mentioned problems, in the production of a light control element using a thinned substrate, in the polishing process of the substrate, the wafer heating process, and further in the substrate cutting process. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a light control element with high productivity by preventing the thin plate and the electrode on the thin plate from being damaged.
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明では、電気光学効果を有するウェハ基板に複数の光制御素子を形成する、光制御素子の製造方法において、該光制御素子は、該ウェハ基板上に形成された光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を変調するための制御用電極とを有し、該ウェハ基板に制御用電極を形成する際に、該ウェハ基板上の、該光制御素子が形成されている領域以外の領域に、制御用電極と同じ材料で保護電極を形成し、該保護電極には複数の溝が形成されていることを特徴とする。
本発明における「保護電極」とは、光制御素子の駆動や動作に関係する電極ではないが、光制御素子の製造時に、薄板化された基板に加わる熱応力や機械的応力を緩和したり、基板の機械的強度を高める働きをする電極を意味する。
In order to solve the above-mentioned problem, in the invention according to
`` Protective electrode '' in the present invention is not an electrode related to the drive or operation of the light control element, but when manufacturing the light control element, the thermal stress and mechanical stress applied to the thinned substrate are relaxed, It means an electrode that functions to increase the mechanical strength of the substrate.
請求項2に係る発明では、請求項1に記載の光制御素子の製造方法において、該保護電極を形成した後、該ウェハ基板の裏面の研磨工程、ウェハ加熱工程、又は基板切断工程のいずれかを行うことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the method for manufacturing a light control element according to the first aspect, after the formation of the protective electrode, any one of a polishing step of the back surface of the wafer substrate, a wafer heating step, or a substrate cutting step. It is characterized by performing.
請求項3に係る発明では、請求項1に記載の光制御素子の製造方法において、該保護電極の複数の溝は10〜30μm程度の深さであることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the method for manufacturing a light control element according to the first aspect, the plurality of grooves of the protective electrode have a depth of about 10 to 30 μm.
請求項4に係る発明では、請求項1乃至3のいずれかに記載の光制御素子の製造方法において、該光制御素子は、厚みが50μm以下の薄板から形成されていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a light control element according to any one of the first to third aspects, the light control element is formed from a thin plate having a thickness of 50 μm or less.
請求項1に係る発明により、ウェハ基板に制御用電極を形成する際に、ウェハ基板上の、光制御素子が形成されている領域以外の領域に、制御用電極と同じ材料で保護電極を形成するため、基板の機械的強度を高めると共に、基板に熱応力や機械的応力が加わった際にも、保護電極は制御電極と同じ機械的また熱的特性を有するため、基板が破損するなどの不具合を生じることも無い。しかも、保護電極は、制御用電極と同じ形成方法で形成することが可能であるため、製造工程が複雑化することも無い。さらに、保護電極には複数の溝が形成されているため、基板の研磨時などで基板を接着剤で研磨ダミー基板に接合させる際に、接着剤が該溝に入り込み、基板全体に効率よく接着剤が広がると共に、接合時の接合強度をより高くすることが可能となる。また、基板に熱応力や機械的応力が加わった際には、該溝によりこれらの応力が伝達されるのを阻止することができ、基板の破損を効果的に抑制することができる。 According to the first aspect of the present invention, when the control electrode is formed on the wafer substrate, the protective electrode is formed of the same material as the control electrode in the region other than the region where the light control element is formed on the wafer substrate. In order to increase the mechanical strength of the substrate, the protective electrode has the same mechanical and thermal characteristics as the control electrode even when thermal stress or mechanical stress is applied to the substrate. There is no problem. Moreover, since the protective electrode can be formed by the same formation method as the control electrode, the manufacturing process is not complicated. Furthermore, since a plurality of grooves are formed in the protective electrode, when the substrate is bonded to the polishing dummy substrate with an adhesive, for example, when the substrate is polished, the adhesive enters the groove and efficiently adheres to the entire substrate. As the agent spreads, it becomes possible to further increase the bonding strength at the time of bonding. Further, when thermal stress or mechanical stress is applied to the substrate, it is possible to prevent the stress from being transmitted by the groove, and to effectively prevent the substrate from being damaged.
請求項2に係る発明により、保護電極を形成した後、基板の裏面の研磨工程、ウェハ加熱工程、又は基板切断工程のいずれかを行うため、薄板化した基板が破損し易い研磨工程、ウェハ加熱工程、又は基板切断工程において、効果的に基板を保護することが可能となる。 According to the second aspect of the present invention, after the protective electrode is formed, the polishing process, the wafer heating, and the thinned substrate are easily damaged in order to perform any one of the polishing process on the back surface of the substrate, the wafer heating process, or the substrate cutting process. In the process or the substrate cutting process, the substrate can be effectively protected.
請求項3に係る発明により、保護電極の複数の溝は10〜30μm程度の深さであるため、板の研磨時などで基板を接着剤で研磨ダミー基板に接合させる際に、接着剤が該溝に入り込み、基板全体に効率よく接着剤が広がると共に、接合時の接合強度をより高くすることが可能となる。また、基板に熱応力や機械的応力が加わった際には、該溝によりこれらの応力が伝達されるのを阻止することができ、基板の破損をより効果的に抑制することができる。
According to the invention of
請求項4に係る発明により、該光制御素子は、厚みが50μm以下の薄板から形成されているため、薄板化された基板に対するウェハ加熱工程や基板切断工程などにおいて生じていた、制御用電極の形成部分とこれらが形成されていない部分とでは、熱応力や機械的強度が異なり、基板が容易に破損するなどの問題をより好適に解決することができる。
According to the invention of
以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。
本発明は、電気光学効果を有するウェハ基板に複数の光制御素子を形成する、光制御素子の製造方法において、該光制御素子は、該ウェハ基板上に形成された光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を変調するための制御用電極とを有し、該ウェハ基板に制御用電極を形成する際に、該ウェハ基板上の、該光制御素子が形成されている領域以外の領域に、制御用電極と同じ材料で保護電極を形成し、該保護電極には複数の溝が形成されていることを特徴とする。また、好ましくは、該光制御素子は、厚みが50μm以下の薄板から形成されていることを特徴とする。
Hereinafter, the present invention will be described in detail using preferred examples.
The present invention relates to a method of manufacturing a light control element in which a plurality of light control elements are formed on a wafer substrate having an electro-optic effect, the light control element comprising: an optical waveguide formed on the wafer substrate; and the optical waveguide A control electrode for modulating the light wave propagating through the wafer substrate, and when forming the control electrode on the wafer substrate, the region on the wafer substrate other than the region where the light control element is formed A protective electrode is formed of the same material as the control electrode, and a plurality of grooves are formed in the protective electrode. Preferably, the light control element is formed of a thin plate having a thickness of 50 μm or less.
電気光学効果を有する基板としては、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、PLZT(ジルコン酸チタン酸鉛ランタン)、及び石英系の材料及びこれらの組み合わせが利用可能である。特に、電気光学効果の高いニオブ酸リチウム(LN)やタンタル酸リチウム(LT)結晶が好適に利用される。 As the substrate having an electro-optic effect, for example, lithium niobate, lithium tantalate, PLZT (lead lanthanum zirconate titanate), quartz-based materials, and combinations thereof can be used. In particular, lithium niobate (LN) or lithium tantalate (LT) crystals having a high electro-optic effect are preferably used.
光導波路は、基板上にTiなどの不純物を熱拡散して形成される。また、制御用電極を形成するには、TiやAuなどの下地層を蒸着法で形成し、フォトリソグラフィー法により所定の電極パターンを残して下地層をマスクし、電解メッキ法によりAu電極を形成する。その後、フォトレジスト膜や下地層の一部をウェットエッチングにより除去する。 The optical waveguide is formed by thermally diffusing impurities such as Ti on the substrate. In order to form the control electrode, an underlayer such as Ti or Au is formed by a vapor deposition method, a predetermined electrode pattern is left by a photolithography method, the underlayer is masked, and an Au electrode is formed by an electrolytic plating method. To do. Thereafter, the photoresist film and a part of the base layer are removed by wet etching.
本発明に係る製造方法により製造される光制御素子の特徴は、図3に示すように、基板1上に形成された制御用電極3,4以外に、保護電極12を有することである。このような保護電極は、制御用電極と同じ方法で形成され、生産性の観点からは、制御用電極と同時に形成することが好ましい。
As shown in FIG. 3, the light control element manufactured by the manufacturing method according to the present invention has a
保護電極12は、基板1上の制御用電極が形成されていない領域において、制御用電極の信号電極や信号電極と接地電極とのギャップなどを変形又は無くさない範囲において、可能な限り、基板1の表面を覆うように形成されている。また、基板1と制御用電極との間にSiO2などによるバッファ層(不図示)を形成しない場合には、基板1の表面に形成された光導波路と保護電極とが直接接することが無いように、保護電極の形状を決めることが好ましい。
The
このような保護電極12を形成することにより、基板1を接着剤10を介して研磨ダミー基板11に接合し、研磨した際でも、制御用電極3,4が破損されることを防ぎ、極めて安定して光制御素子を製造することが可能となる。
By forming such a
図4は、ウェハ基板20に複数の光制御素子を形成した状態を示す図である。
各光制御素子は、制御用電極の一部である信号電極3を有しており、図4においては、各素子内の接地電極や保護電極に関しては、図示が省略されている。光制御素子以外のウェハ基板上にも、網掛けの領域に保護電極21が形成されている。好ましくは、図4に示すように保護電極内に複数の溝22,23を10〜30μm程度の深さで形成する。
FIG. 4 is a view showing a state in which a plurality of light control elements are formed on the
Each light control element has a
図4のように、ウェハ全体に保護電極21が形成されているため、ウェハ基板20を薄板化した際でも、機械的強度を高くすることができ、しかも、ウェハ加熱工程や基板切断工程において、ウェハ基板20に熱応力や機械的応力が加わっても、応力歪みが発生する領域が少なく、基板自体の破損が抑制される。
As shown in FIG. 4, since the
保護電極に形成された溝22,23により、基板の研磨時などで基板を接着剤で研磨ダミー基板に接合させる際に、接着剤が該溝に入り込み、スピンコートなどでウェハ基板20を回転させても基板全体に効率よく接着剤が広がる。しかも、溝に入り込んだ接着剤により、接合時の接合強度をより高くすることが可能となる。
また、ウェハ加熱工程や基板切断工程のように、ウェハ基板20に熱応力や機械的応力が加わった際には、該溝によりこれらの応力が基板全体に伝達されるのを阻止するため、基板の破損を効果的に抑制することができる。
When the substrate is bonded to the polishing dummy substrate with an adhesive when the substrate is polished by the
Further, when thermal stress or mechanical stress is applied to the
図5は、各光制御素子に保護電極を形成した他の例を示す図である。
基板上の保護電極は、制御用電極の接地電極4と一体的に形成することも可能である。図5に示すように、信号電極3及び信号電極3と接地電極4とのギャップを除き、全ての基板上を領域Cで示したように覆うことも可能であるが、この場合には、光導波路2を伝搬する光波が保護電極により吸収されないように、保護電極と基板との間にバッファ層を形成する必要がある。
他方、領域Dで示したように、光導波路2の部分を除くように保護電極を形成することも可能である。
FIG. 5 is a diagram showing another example in which a protective electrode is formed on each light control element.
The protective electrode on the substrate can be formed integrally with the
On the other hand, as indicated by the region D, the protective electrode can be formed so as to exclude the portion of the
本発明は、50μm以下の厚みを有する基板を使用する光制御素子には、特に、好適に使用できるものであるが、これに限らず、50μm以上の厚みの基板に対して、本発明を適用しても、一定の効果を奏することは可能である。
なお、50μm以下の厚みを有する基板(薄板)を用いる場合には、光制御素子としての機械的強度をより一層高めるため、補強板を薄板の裏面に、接着剤又は直接接合法を使用して接合させる。
The present invention can be suitably used particularly for a light control element using a substrate having a thickness of 50 μm or less, but is not limited thereto, and the present invention is applied to a substrate having a thickness of 50 μm or more. Even so, it is possible to achieve a certain effect.
When a substrate (thin plate) having a thickness of 50 μm or less is used, an adhesive or a direct bonding method is used on the back surface of the thin plate to further increase the mechanical strength as the light control element. Join.
本発明に係る光制御素子及びその製造法によれば、薄板化された基板を利用した光制御素子の製造時に、基板の研磨工程やウェハ加熱工程、さらには基板切断工程などにおいて、薄板や薄板上の電極が破損することを防止し、生産性の高い光制御素子の製造方法を提供することが可能となる。 According to the light control element and the method of manufacturing the same according to the present invention, a thin plate or a thin plate can be used in a substrate polishing process, a wafer heating process, or a substrate cutting process when manufacturing a light control element using a thinned substrate. It is possible to prevent the upper electrode from being damaged and provide a method for manufacturing a light control element with high productivity.
1 基板
2 光導波路
3 信号電極
4 接地電極
10 接着剤
11 研磨ダミー基板
12,21 保護電極
20 ウェハ基板
22,23 溝
DESCRIPTION OF
Claims (4)
該光制御素子は、該ウェハ基板上に形成された光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を変調するための制御用電極とを有し、
該ウェハ基板に制御用電極を形成する際に、該ウェハ基板上の、該光制御素子が形成されている領域以外の領域に、制御用電極と同じ材料で保護電極を形成し、該保護電極には複数の溝が形成されていることを特徴とする光制御素子の製造方法。 In a method for manufacturing a light control element, wherein a plurality of light control elements are formed on a wafer substrate having an electro-optic effect.
The light control element has an optical waveguide formed on the wafer substrate, and a control electrode for modulating a light wave propagating through the optical waveguide,
When forming the control electrode on the wafer substrate, a protective electrode is formed of the same material as the control electrode on a region other than the region where the light control element is formed on the wafer substrate. A method of manufacturing a light control element, wherein a plurality of grooves are formed in the.
該保護電極を形成した後、該ウエハ基板の裏面の研磨工程、ウェハ加熱工程、又は基板切断工程のいずれかを行うことを特徴とする光制御素子の製造方法。 In the manufacturing method of the light control element according to claim 1,
A method of manufacturing a light control element, wherein after forming the protective electrode, any one of a polishing step, a wafer heating step, and a substrate cutting step on the back surface of the wafer substrate is performed.
該保護電極の複数の溝は10〜30μm程度の深さであることを特徴とする光制御素子の製造方法。 In the manufacturing method of the light control element according to claim 1,
The method of manufacturing a light control element, wherein the plurality of grooves of the protective electrode have a depth of about 10 to 30 μm.
該光制御素子は、厚みが50μm以下の薄板から形成されていることを特徴とする光制御素子の形成方法。 In the manufacturing method of the light control element according to any one of claims 1 to 3,
The method for forming a light control element, wherein the light control element is formed from a thin plate having a thickness of 50 μm or less.
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