JP3855259B2 - Optical waveguide device manufacturing method and substrate - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路デバイスの製造方法及びそれに用いる基板に関し、特に、基板上に形成された光ファイバ用のV溝と光導波路の水平方向の位置ずれを精度良く測定する検査工程を含む光導波路デバイスの製造方法及びそれに用いる基板に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年のパソコンやインターネットの普及に伴い、情報伝送需要が急激に増大している。このため、伝送速度の速い光伝送を、パソコン等の末端の情報処理装置まで普及させることが望まれている。これを実現するには、光インターコネクション用に、高性能な光導波路を、安価かつ大量に製造する必要がある。
【0003】
光導波路の材料としては、ガラスや半導体材料等の無機材料や、樹脂が知られている。無機材料により光導波路を製造する場合には、真空蒸着装置やスパッタ装置等の成膜装置により無機材料膜を成膜し、これを所望の導波路形状にエッチングすることにより製造する方法が用いられる。しかしながら、真空蒸着装置やスパッタ装置は、真空排気設備が必要であるため、装置が大型で高価である。また、真空排気工程が必要であるため工程が複雑になる。これに対し、樹脂によって光導波路を製造する場合には、成膜工程を、塗布と加熱により大気圧中で行うことができるため、装置及び工程が簡単であるという利点がある。
また、光導波路ならびにクラッド層を構成する樹脂としては、種々のものが知られているが、ガラス転移温度(Tg)が高く、耐熱性に優れるポリイミドが特に期待されている。ポリイミドにより光導波路及びクラッド層を形成した場合、長期信頼性が期待でき、半田付けにも耐えることができる。
【0004】
樹脂製の光導波路デバイスは、一般的には、基板上に、光ファイバ搭載用のV溝を設け、さらに樹脂製の下部クラッド層、光導波路層及び上部クラッド層を積層することにより構成される。このとき、基板の主平面方向における光ファイバ搭載用のV溝と光導波路の位置ずれ(横ずれ)が予め定められた範囲内に入っているかどうかは、V溝に搭載するファイバと光導波路とのアラインメントを精度よく行うために重要である。また、発光素子や受光素子を搭載する電極と光導波路とが、同一基板上に搭載されている場合には、基板の主平面方向における光導波路と電極との横ずれ量が予め定めた範囲内に入っているかどうかも、同様に重要である。
【0005】
V溝と光導波路との横ずれ量の測定には、通常、顕微鏡による拡大画像の画素数で測定する方法や、接眼測微計によって測定する方法が用いられている。しかしながら、画素数で測定する場合、視野の広さと画像分解能(画素の密度)とが測定精度を決定する。通常のV溝の大きさを考慮し、視野の径を400μmとし、標準的な画像分解能500画素で測定を行うと一画素あたり0.8μmとなり、測定精度は0.8μmとなる。また、接眼測微計は、拡大像上で指標ラインを移動させて測定するため、指標ラインを移動させる駆動部の駆動誤差(パックラッシュ)が大きな誤差となり、対物レンズ倍率40倍で2〜3μmの測定精度となる。しかしながら光導波路の幅は、数μmであるため、これらの測定精度では不十分である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、基板上に形成された光ファイバ搭載用のV溝と光導波路の水平方向の位置ずれを精度良く測定する検査工程を含む光導波路デバイスの製造方法、及びそれに使用する基板を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の工程を有する、光導波路デバイスの製造方法を提供するものである。
基板上に光ファイバ搭載用のV溝及び第1の位置合わせマークを形成する第1の工程と、
基板上に下部クラッド層を形成する第2の工程と、
該下部クラッド層上に光導波路層を形成する第3の工程と、
該光導波路層上にレジスト層を設け、該レジスト層を所望の光導波路及び第2の位置合わせマークのパターンを有するフォトマスクを介して露光、現像して所望の光導波路及び第2の位置合わせマークを有するレジストパターンを形成する第4の工程と、
該レジストパターンをエッチングマスクとして該光導波路層をエッチングして、所望の光導波路及び第2の位置合わせマークを形成する第5の工程と
前記第1の位置合わせマークと第2の位置合わせマークの位置ずれ量を求め、該位置ずれ量が予め定めた量よりも大きい場合には不良品と判断する第6の工程。
本発明はまた、基板上に光ファイバ搭載用のV溝及び第1の位置合わせマークを形成してなる光導波路デバイスの製造に使用する基板を提供するものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明の光導波路デバイスの一実施形態である光導波路デバイス100の構成を図1〜図4を用いて説明する。光導波路デバイス100は、シリコン単結晶の基板1上に、光導波路積層体10が搭載された領域と、V溝21が配置された領域20と、発光素子または受光素子を搭載するための電極7が配置された領域30とを有している。光導波路積層体10は、光導波路4を含み、本実施の形態では、光導波路4をポリイミド樹脂により構成している。
【0009】
光導波路積層体10の構造についてさらに説明する。基板1の上面には、基板1を保護し、屈折率を調整するための二酸化珪素層2が備えられ、光導波路積層体10は、二酸化珪素層2の上に形成されている。光導波路積層体10は、図3により詳細に示すように二酸化珪素層2の上に、順に積層された、有機ジルコニウム化合物層22と、フッ素を含まない樹脂層23と、下部クラッド層3と、光導波路4と、光導波路4を埋め込む上部クラッド層5と、保護層9とを含んでいる。下部クラッド層3、光導波路4及び上部クラッド層5は、いずれもフッ素を含むポリイミド樹脂により形成されている。なお、有機ジルコニウム化合物層22及びフッ素を含まない樹脂層23は、基板1と下部クラッド層3との接着性を高めるために配置されている。
【0010】
下部クラッド層3及び上部クラッド層5は、いずれも、第1のポリイミド樹脂膜からなる。下部クラッド層3の膜厚は、約6μm、上部クラッド層5の膜厚は、光導波路4の直上で約10μm、他の部分で約15μmである。光導波路4は、第2のポリイミド樹脂膜からなり、その膜厚は約6.5μmである。保護層9は、第3のポリイミド樹脂膜であり、その膜厚は、光導波路4から離れた端部で約5μmである。
【0011】
有機ジルコニウム化合物層22を構成する化合物としては、種々の化合物を用いることができるが、ここでは、トリブトキシアセチルアセトネートジルコニウムを用いている。有機ジルコニウム化合物層22は、膜厚が50オングストローム以上200オングストローム以下の範囲に収まるように、特に望ましくは、50オングストローム以上150オングストローム以下の範囲に収まるようにむらなく形成されている。これは、膜厚が50オングストロームよりも薄くなると、接着性向上の効果を発揮できず、下部クラッド層3が基板1から剥がれることがあるためである。また、膜厚が200オングストロームを越えると、膜がもろくなるためである。この50オングストローム以上200オングストローム以下という範囲は、有機ジルコニウム化合物の分子層(分子の重なり)でいうと、5分子層以上20分子層以下にほぼ相当する。フッ素を含まない樹脂層23は、第3のポリイミド樹脂層である。その膜厚は、約0.23μmである。
【0012】
基板1上の領域20に配置されたV溝21は、光ファイバを搭載するためのものである。V溝21は、予め定められた径の光ファイバを搭載した場合、光導波路4とアラインメン卜した状態となるよう、その深さ及び幅が設計されている。従って、例えば、電極7上に発光素子を搭載した場合には、発光素子から発せられた光は、光導波路4に入射して、これを伝搬し、光導波路4から出射され、V溝21に搭載された光ファイバに高効率で入射する。また、電極7上に受光素子を搭載した場合には、光ファイバを伝搬してきた光が、光ファイバから出射されると高効率で光導波路4に入射して、これを伝搬し、光導波路4を伝搬し、受光素子に向かって出射され、受光素子で受光される。
【0013】
V溝21は、シリコン単結晶の基板1を異方性エッチングすることにより形成された深さ約100μmの溝であり、断面はV字型である。V溝21が配置された領域20と光導波路積層体10との境界には、図1、図2、図4に示すように光導波路積層体10の端面を切断する際に形成された切り込み25が存在している。同様に、電極7の領域30と光導波路積層体10との境界にも切り込み26が存在している。切り込み25の形成前には、第1の位置合わせマーク33、34が、領域30の電極7の両脇には位置合わせマーク31,32が配置されている。これら第1の位置合わせマーク31,32,33、34は、V溝21を形成する際に同時に異方性エッチングにより形成された凹部であり、その平面形状は、V溝に平行な2辺を有する正方形であることが好ましい。この場合、異方性エッチングにより形成された凹部は逆ピラミッド状となる。
【0014】
次に、本発明の第1の実施形態の光導波路デバイスの製造方法について、図5を用いて説明する。
基板上に光ファイバ搭載用のV溝及び第1の位置合わせマークを形成する第1の工程
ここでは、基板1として直径約12.7cmのシリコンウエハを用意し、この基板1の上に図1の構造を縦横に多数配列して形成し、後の工程でダイシングにより切り離して、個々の光導波路デバイス100に分離する。これにより、多数の図1の光導波路デバイス100を量産することができる。よって、成膜やパターニング等は、ウエハ状の基板1全体で一度に行う。
まず、ウエハ状の基板1の上面全体に、二酸化珪素層2を熱酸化法や気相堆積法等により形成した後、フォトリソグラフィとシリコン単結晶の異方性を利用したウエットエッチングにより、V溝21を図5のように配列して形成する。このとき、図4に示した位置合わせマーク31,32,33、34として用いる凹部もV溝21と同時に形成する。
【0015】
このウエハ状の基板1の上に金属膜を成膜してパターニングすることにより、図1の電極7を形成する。これにより、図5のように、ウエハ状の基板1には、V溝21と電極7とが多数配列されて形成される。
次に、図5のウエハ状の基板1の全体に有機ジルコニウム化合物層22を形成する。まず、有機ジルコニウム化合物溶液を基板1全体にスピンコートによって塗布した後、得られた塗膜を160°Cで5分程度加熱して乾燥させ、有機ジルコニウム化合物層22を形成する。有機ジルコニウム化合物溶液としては、例えば、トリブトキシアセチルアセトネートジルコニウムをブタノールに溶解して、1重量%溶液に調製したものを用いる。
【0016】
次に、有機ジルコニウム化合物層22の上に、フッ素を含まない樹脂層形成用組成物をスピンコートで塗布し、得られた塗膜を加熱して溶媒を蒸発させ、さらに加熱して硬化させることにより、フッ素を含まない樹脂層23を形成する。フッ素を含まない樹脂層23の厚さは、0.23μmとなるようにスピンコートの条件を制御する。
次に、ウエハ状の基板1の上面のうち、完成後の光導波路デバイスで光導波路積層体10が配置されていない領域20,30となる部分について、フッ素を含まない樹脂層23と、有機ジルコニウム化合物層22を除去する。ウエハ状の基板1には光導波路デバイスを縦横に配列して製造しているため、ウエハ状の基板1の上面のうち、領域20及び領域30は、図6のように光導波路積層体10の両脇の帯状の部分である。この帯状の部分からフッ素を含まない樹脂層23と有機ジルコニウム化合物層22とを除去しておくここにより、下部クラッド層3がこの帯状部分では基板1から剥がれやすくなるため、後述の工程で、基板1の領域20,30の部分から光導波路積層体10を帯状に剥がして除去することが可能になる。
【0017】
基板1上の領域20,30からフッ素を含まない樹脂層23と有機ジルコニウム化合物層22とを除去する方法について、具体的に説明する。
まず、ウエハ状の基板1の全面にレジスト液をスピンコートし、100℃で乾燥することによりレジスト膜を形成する。この後、水銀ランプでフォトマスクの像を露光する。フォトマスクは、光導波路積層体10を形成すべき部分にのみレジスト膜が残るように形成されている。その後、レジスト膜を現像する。これによりレジスト膜のみならず、フッ素を含まない樹脂層23もウエットエッチングされ、両者をほぼ除去することができる。このとき、V溝21及び第1の位置合わせマーク31、32、33、34は凹部形状をしているため、その底部ではレジスト膜とフッ素を含まない樹脂層23が一部残存する。そこで、この状態で、もう一度、先ほどのフォトマスクを用いて露光し、現像を行う。これにより、V溝21及び第1の位置合わせマーク31、32、33、34内に残っていたレジスト膜とフッ素を含まない樹脂層23を完全に除去することができる。
【0018】
この方法は、レジスト膜の露光及び現像を繰り返すという簡単な工程で、フッ素を含まない樹脂層23をV溝21及び第1の位置合わせマーク31、32、33、34から完全に除去できるという利点がある。この後、フッ酸を用いたウエットエッチングまたは反応性イオンエッチングにより、有機ジルコニウム化合物層22を除去する。有機ジルコニウム化合物層22は、膜厚が非常に薄いため、V溝21及び第1の位置合わせマーク31、32、33、34の内部の層もウエットエッチングまたは反応性イオンエッチングにより除去することができる。 最後に、 レジスト膜を除去する。
【0019】
基板上に下部クラッド層を形成する第2の工程
次に、ウエハ状の基板1の上面全体に前述の第1のポリイミド樹脂膜形成用組成物(すなわち、下部クラッド層3形成用組成物)をスピンコートして材料溶液膜を形成する。その後、乾燥器で100℃で30分、次いで、200℃で30分カロ熱することにより溶媒を蒸発させ、続けて370℃で60分加熱することにより硬化させ、厚さ6μmの下部クラッド層3を形成する。
【0020】
下部クラッド層上に光導波路層を形成する第3の工程
この下部クラッド層3の上に、光導波路層用の前述の第2のポリイミド樹脂膜形成用組成物をスピンコートして材料溶液膜を形成する。その後、乾燥器で100℃で30分間、次いで、200℃で30分間加熱することにより溶媒を蒸発させ、続いて350℃で60分間加熱することにより硬化を行い、光導波路4となる厚さ6.5μmの第2のポリイミド樹脂膜を形成する。
【0021】
光導波路層上にレジスト層を設け、露光、現像してレジストパターンを形成する第4の工程
次に、第2のポリイミド樹脂膜(即ち、光導波路層)上に、シリコン含有レジスト層(通常は膜厚約1μm程度)を設け、該レジスト層を所望の光導波路及び第2の位置合わせマークのパターンを有するフォトマスクを介して露光、現像してレジストパターンを形成する。露光は紫外線を用いて通常は30秒〜120秒程度行えばよい。現像は、アルカリ性現像液をスプレーし、室温(約23℃)で約90秒程度で充分に行われる。この際、未露光部のエッチングされずに残った所望の光導波路及び第2の位置合わせマークの上にあるレジスト層の断面形状は図9に示すように傾斜角約80°の台形をなしている。この工程でレジスト層に第2の位置合わせマーク41b、42b、43b、44bが形成される。
【0022】
光導波路及び第2の位置合わせマークのパターンを形成する第5の工程
該レジストパターンをエッチングマスクとして、該光導波路層をエッチングして、所望の光導波路4及び第2の位置合わせマーク41a、42a、43a、44a(図10参照)を形成する。エッチングは、レジストパターンをエッチングマスクとして、酸素イオンを用いた反応性イオンエッチング(O2−RIE)により行う。これにより、図6に示すように基板1上に多数の光導波路デバイスを配列して一度に形成することができる。
【0023】
さらに具体的には、この実施の形態では、基板1上に設けた第1の位置合わせマーク31、32、33、34のそれぞれに対応して、下部クラッド層3上に第2の位置合わせマーク41a、42a、43a、44aを光導波路4と同時に形成する。このように第2の位置合わせマーク41、42、43、44としては、第4の工程でレジスト層に形成された、図9に示されるマーク41b、42b、43b、44bを使用しても良いし、第5の工程で光導波路層に形成された、図10に示されるマーク41a、42a、43a、44aを使用しても良い。
各々の位置合わせマークの形状、寸法、個数は特に限定されないが、形成が容易であること、顕微鏡観察により位置ずれの測定が容易にできるという観点から、1辺が10μm〜50μm、好ましくは20〜40μm、最も好ましくは約30μm程度の正方形であることが望ましい。
【0024】
また、第1の位置合わせマークとこれに対応する第2の位置合わせマークは、第2の位置合わせマークが第1の位置合わせマークの凹部の影響を受けることがなく、両者が顕微鏡で同一視野内に入り、両者の位置ずれの測定が容易にできるという観点から、基板1の面内の横方向の間隔(図8(a)のαで示される)が10〜40μm、好ましくは10〜30μm、最も好ましくは約20〜25μm程度となるように配置することが望ましい。一方、第1の位置合わせマークとこれに対応する第2の位置合わせマークは、基板の長手方向にその中心を一致させて配置することが好ましい。中心を一致させて配置した場合には、横ずれ量cは後述の式により求められるが、中心を一致させないで配置した場合には、その不一致分を後述の式により求められた横ずれ量cに対して較正する必要がある。
【0025】
第1の位置合わせマークと第2の位置合わせマークの位置ずれ量から製品の良否を判断する第6の工程
次に、第1の位置合わせマークと第2の位置合わせマークの位置ずれ量を求め、この位置ずれ量が予め定めた量よりも大きい場合には不良品と判断する。先に説明したように、第2の位置合わせマーク41、42、43、44としては、第4の工程でレジスト層に形成された、図9に示されるマーク41b、42b、43b、44bを使用しても良いし、第5の工程で光導波路層に形成された、図10に示されるマーク41a、42a、43a、44aを使用しても良い。
しかし、第2の位置合わせマーク41b、42b、43b、44bは、レジストパターンを形成する第4の工程において形成されているので、第6の位置ずれ量を求める工程は第4の工程の後、第5の工程の前に実施することが望ましい。その理由は以下のとおりである。
図9aに示すように、レジスト層に形成された第2の位置合わせマーク41b(42b、43b、44bも同様である)は、その側面が基板平面に対して約80°傾斜しているため、矢印で示すように上からの光がこのテーパー部41cに入射しても横方向に逃げて行き検査機に光が戻らない。このため、図9bに示すようにこのテーパー部41cが黒い線として観察され、位置合わせマーク41bのエッジがより明瞭となり、検査精度が±0.1μm程度に向上する。
これに対して、レジスト層を除去した後は、図10aに示すように、第2の位置合わせマーク41bが除去され、位置合わせマーク41aが残存するが、位置合わせマーク41aの側面は基板平面に対して垂直であり、テーパー部がない。また、位置合わせマーク41aは下部クラッド層3と同色であるため、位置合わせマーク41aのエッジは、位置合わせマーク41bのエッジと比較するとぼやけている。このため、検査精度は±1.0μm程度となる。
【0026】
ここで、本実施の形態では、図8に示したようにV溝21の中心と光導波路4の中心とが、基板1の面内で横方向にどれだけずれているかを示す横ずれ量cを測定し、横ずれ量cが予め予定した範囲内に入っているかどうかを検査する。本実施形態では、横ずれ量cの測定を、例えば、第1の位置合わせマーク31とこれに対応する第2の位置合わせマーク41とを用いて行う。V溝と第1の位置合わせマーク31は、同時に異方性エッチングにより形成された凹部であるから、その位置関係はフォトリソグラフィの精度で保証されている。また、第2の位置合わせマーク41と光導波路4は、同一マスクにより露光現像したものであるから、その位置関係はフォトリソグラフィの精度で保証されている。
【0027】
よって、第1の位置合わせマーク31と第2の位置合わせマーク41との位置ずれを測定することにより、V溝21と光導波路4の横ずれ量cを測定することができる。第2の位置合わせマーク41は、第1の位置合わせマーク31の上方に長手方向に間隔αをあけて形成されているので、両者が同一視野内に入るまで顕微鏡(例えば、対物レンズの倍率100)で拡大した像を、CCDカメラで撮影する。このとき、図8(a)に示すように第1の位置合わせマーク31に合焦させて撮像した画像と、同位置で焦点だけをずらして図8(b)のように第2の位置合わせマーク41に合焦させて撮影した画像とを取得する。図8(a)の画像からは、距離a及びbを画素数から求め、図8(b)の画像からは、距離x及びyを画素数から求める。そして、
横ずれ量c=(a+b)/2 − (x+y)/2
の式に代入することにより横ずれ量cを求めることができる。
【0028】
この実施形態では、第1の位置合わせマーク31と第2の位置合わせマーク41の間隔αは約25μm程度であり、その長手方向の中心は一致させているので、図8(a)、(b)の画像は視野を約70μmまで拡大して得ることができる。よって、CCDカメラとして、一般的な、画像分解能が500画素のものを用いた場合であっても、理論的には0.14μm/画素の精度で横ずれ量cを測定することができる。
一方、比較例として、第2の位置合わせマーク41、42、43、44を設けない場合には、図4のような視野の画像により、横ずれ量cを求める必要があるため、視野を、例えば400μmにすると、CCDカメラとして一般的な画像分解能が500画素のものを用いた場合には理論的には0.8μm/画素の程度の測定精度になってしまう。
【0029】
このように、本発明では、V溝21の形成時に第1の位置合わせマーク31、32、33、34を基板1上に設け、光導波路4の形成時に第2の位置合わせマーク41、42、43、44を第1の位置合わせマーク31、32、33、34の上方に設けておくことにより、画素数の多い高価なCCDカメラを使用しなくても高精度に横ずれ量cを測定することができる。この横ずれ量cが予め定めた範囲内に入っていない場合には、その製品は不良品と判定する。なお、光導波路が分岐している場合でも、分岐した導波路とそれに対応して設けられた電極について、同様に横ずれ量cを測定し、不良品の判断をすることができる。
【0030】
次に、光導波路4及び下部クラッド層3を覆うように、第1のポリイミド樹脂膜形成用組成物をスピンコートする。得られた材料溶液膜を、乾燥器で100℃で30分間、次いで、200℃で30分間加熱して材料溶液膜中の溶媒を蒸発させ、350℃で60分間加熱することにより第1のポリイミド樹脂膜の上部クラツド層5を形成する。さらに、上部クラッド層5の上面に、フッ素を含まないポリイミド樹脂膜形成用組成物をスピンコートし、乾燥器で100℃で30分間、200℃で30分間加熱して溶媒を蒸発させ、次いで、350℃で60分間加熱して、上面がほぼ平坦で光導波路4から離れた端部の部分の厚さが約5μmのフッ素を含まないポリイミド樹脂膜の保護層9を得る。
【0031】
次に、下部クラッド層3から保護層9までの各層は、これらが不要な領域20及び30にも配置されているため、これを剥がして除去する。すなわち、図6のように領域20と光導波路積層体10との境界、及び、光導波路積層体10と領域30との境界にそれぞれダイシングにより切り込み25,26を入れ、下部クラッド層3から保護層9までの各層を切断する。このとき、ダイシングによる切り込みの深さは、光導波路積層体10は切断されるが、基板1は切り離されない深さにする。先の工程で、領域20及び領域30の基板1の上面からは、有機ジルコニウム化合物層22とフッ素を含まない樹脂層23が除去されているため、領域20及び領域30では下部クラッド層3と基板1との密着力は小さい。したがって、領域20及び領域30の上に搭載されている下部クラッド層3から保護層9間での各層は、切り込み25,26を入れたことにより、ウエハ状の基板1から帯状に容易に剥がすことができる。これにより、図6のウエハ状の基板1において、領域20及び領域30では基板上面(二酸化珪素層)が露出される。
【0032】
次に、図7(a)、(b)のようにウエハ状の基板1をダイシングにより切断することにより、短冊状に切り出し、さらに図7(c)、(d)のように短冊状の基板1をダイシングにより、個々の光導波路デバイス100に切り出し、光導波路デバイス100を完成させる。なお、基板1を切断するダイシング工程の手順は、この手順に限られるものではなく、図7(a)の工程で縦横にメッシュ状にダイシングして図7(d)のように光導波路デバイス100を形成することも可能である。
本実施の形態の光導波路デバイスは光導波路4が直線形状であったが、光導波路積層体10の光導波路4の形状は、光導波路デバイスとして必要とされる機能に合わせて直線形状に限らずy分岐やx型等の所望の形状にすることができる。また、光導波路の形状に合わせて、V溝21や、電極7を複数個備える構成にすることも可能である。
【0033】
また、本実施の形態で製造される光導波路デバイス100は、下部クラッド層3から上部クラッド層5まで全ての層をポリイミド樹脂で形成しているため、Tgが高く、耐熱性に優れている。よって、本実施の形態の光導波路デバイスは、高温になっても伝搬特性を維持できる。また、ポリイミド樹脂は、半田付け等の高温工程にも耐えることができるため、光導波路デバイスの上にさらに別の光導波路デバイスや電気回路素子や発光素子を半田付けすることも可能である。
【0034】
本発明の光導波路デバイス100の製造方法では、検査工程でV溝21と光導波路4との位置ずれを高精度に測定して、位置ずれ量が予め定めた範囲内のもののみを良品としている。よって、本発明の製造方法で製造した光導波路デバイス100を用いて、光通信装置を製造することにより、光ファイバと光導波路4とのアラインメントが容易で、結合効率の高い高性能な光通信装置を安価に製造することができる。
なお、本発明において光導波路デバイスとは、基板として、ガラス、石英等の無機材料、シリコン、ガリウムヒ素、アルミニウム、チタン等の半導体や、金属材料、ポリイミド、ポリアミド等の高分子材料、またはこれらの材料を複合化した材料を用いて、これら基板の上に、光導波路を設けたもの、及びさらに、光合波器、光分波路、光減衰器、光回折器、光増幅器、光干渉器、光フィルタ、光スイッチ、波長変換器、発光素子、受光素子あるいはこれらが複合化されたものなどを形成したものを指す。上記の基板上には、発光ダイオード、フォトダイオード等の半導体装置や金属膜を形成することもあり、更に基板の保護や屈折率調整などのために、基板上に、上述のとおり二酸化珪素被膜を形成したり、あるいは、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化タンタルなどの被膜を形成してもよい。
【0035】
【発明の効果】
本発明によれば、基板上に光ファイバ搭載用のV溝と光導波路を搭載した光導波路デバイスの製造方法であって、V溝と光導波路のアラインメントを精度良く測定できる検査工程を備えた光導波路デバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の模式化した光導波路デバイス100を示す斜視図である。
【図2】図1の光導波路デバイスのA−A´断面図である。
【図3】図1の光導波路デバイスのB−B´断面図である。
【図4】図1の光導波路デバイスの平面図である。
【図5】本発明の一実施の形態の光導波路デバイスの製造方法を説明するためのウエハ状の基板1の平面図である。
【図6】本発明の一実施の形態の光導波路デバイスの製造方法を説明するためのウエハ状の基板1の平面図である。
【図7】(a)〜(d)は、本発明の一実施の形態の光導波路デバイスの製造方法においてウエハ状の基板1を切り出す工程を示す説明図である。
【図8】(a)及び(b)は、図4の一部拡大図であり、(a)は第1の位置合わせマーク31に対物レンズの焦点を合わせた状態、(b)は第2の位置合わせマーク41に対物レンズの焦点を合わせた状態を示す説明図である。
【図9】(a)は光導波路層4の上に設けられた第2の位置合わせマーク41bの断面形状を示す図面である。
(b)は上記第2の位置合わせマーク41bの平面図である。
【図10】(a)は下部クラッド層3の上に設けられた第2の位置合わせマーク41aの断面形状を示す図面である。
(b)は上記第2の位置合わせマーク41aの平面図である。
【符号の説明】
1:シリコン基板、2:二酸化珪素層、3:下部クラッド層、4:光導波路、5:上部クラッド層、7:電極、9:保護層、10:光導波路積層体、20:光ファイバ搭載領域、21:V溝、22:有機ジルコニウム化合物層、23:フッ素を含まない樹脂層、30:電極搭載領域、31、32、33、34:第1の位置合わせマーク、41a、42a、43a、44a:光導波路層に設けられた第2の位置合わせマーク、41b、42b、43b、44b:レジスト層に設けられた第2の位置合わせマーク、41c:第2の位置合わせマーク41bのテーパー部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing an optical waveguide device and a substrate used therefor, and in particular, an optical waveguide including an inspection process for accurately measuring a horizontal misalignment between an optical fiber V-groove formed on the substrate and the optical waveguide. The present invention relates to a device manufacturing method and a substrate used therefor.
[0002]
[Prior art]
With the recent spread of personal computers and the Internet, information transmission demand is rapidly increasing. For this reason, it is desired to spread optical transmission having a high transmission speed to an end information processing apparatus such as a personal computer. In order to realize this, it is necessary to manufacture a high-performance optical waveguide for optical interconnection at low cost and in large quantities.
[0003]
As materials for optical waveguides, inorganic materials such as glass and semiconductor materials, and resins are known. When manufacturing an optical waveguide from an inorganic material, a method is used in which an inorganic material film is formed by a film forming apparatus such as a vacuum deposition apparatus or a sputtering apparatus, and this is etched into a desired waveguide shape. . However, the vacuum vapor deposition apparatus and the sputtering apparatus require a vacuum exhaust equipment, so that the apparatus is large and expensive. Moreover, since a vacuum exhaust process is required, the process becomes complicated. On the other hand, when an optical waveguide is manufactured from a resin, the film forming process can be performed in an atmospheric pressure by coating and heating, so that there is an advantage that the apparatus and process are simple.
Various resins are known as the optical waveguide and the clad layer, and a polyimide having a high glass transition temperature (Tg) and excellent heat resistance is particularly expected. When the optical waveguide and the clad layer are formed of polyimide, long-term reliability can be expected, and it can withstand soldering.
[0004]
A resinous optical waveguide device is generally configured by providing a V-groove for mounting an optical fiber on a substrate, and further laminating a resinous lower cladding layer, an optical waveguide layer, and an upper cladding layer. . At this time, whether or not the positional deviation (lateral deviation) between the optical fiber mounting V-groove and the optical waveguide in the main plane direction of the substrate is within a predetermined range is determined between the fiber and optical waveguide mounted in the V-groove. This is important for accurate alignment. In addition, when the electrode and the optical waveguide on which the light emitting element and the light receiving element are mounted are mounted on the same substrate, the lateral deviation amount between the optical waveguide and the electrode in the main plane direction of the substrate is within a predetermined range. Whether it is included is equally important.
[0005]
In order to measure the lateral shift amount between the V-groove and the optical waveguide, a method of measuring by the number of pixels of an enlarged image by a microscope or a method of measuring by an eyepiece micrometer is usually used. However, when measuring by the number of pixels, the width of the field of view and the image resolution (pixel density) determine the measurement accuracy. Considering the size of a normal V-groove, if the diameter of the field of view is 400 μm and measurement is performed with a standard image resolution of 500 pixels, the measurement accuracy is 0.8 μm and the measurement accuracy is 0.8 μm. In addition, since the eyepiece micrometer measures by moving the index line on the enlarged image, the driving error (pack crush) of the drive unit that moves the index line becomes a large error, and the objective lens magnification is 40 to 2 to 3 μm. Measurement accuracy. However, since the width of the optical waveguide is several μm, these measurement accuracy is insufficient.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical waveguide device manufacturing method including an inspection process for accurately measuring a horizontal displacement between an optical fiber-mounted V-groove formed on a substrate and an optical waveguide, and the optical waveguide device used for the method. It is to provide a substrate.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
This invention provides the manufacturing method of an optical waveguide device which has the following processes.
A first step of forming a V-groove for mounting an optical fiber and a first alignment mark on a substrate;
A second step of forming a lower cladding layer on the substrate;
A third step of forming an optical waveguide layer on the lower cladding layer;
A resist layer is provided on the optical waveguide layer, and the resist layer is exposed and developed through a photomask having a pattern of a desired optical waveguide and a second alignment mark, and the desired optical waveguide and the second alignment are formed. A fourth step of forming a resist pattern having marks;
Etching the optical waveguide layer using the resist pattern as an etching mask to form a desired optical waveguide and a second alignment mark, and the first alignment mark and the second alignment mark A sixth step of obtaining a positional deviation amount and determining that the positional deviation amount is defective when the positional deviation amount is larger than a predetermined amount.
The present invention also provides a substrate used for manufacturing an optical waveguide device in which a V groove for mounting an optical fiber and a first alignment mark are formed on the substrate.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The structure of the optical waveguide device 100 which is one embodiment of the optical waveguide device of the present invention will be described with reference to FIGS. The optical waveguide device 100 includes a region where an optical waveguide laminate 10 is mounted, a region 20 where a V-groove 21 is disposed, and an electrode 7 for mounting a light emitting element or a light receiving element on a silicon single crystal substrate 1. And a region 30 in which is disposed. The optical waveguide laminate 10 includes the optical waveguide 4, and in this embodiment, the optical waveguide 4 is made of polyimide resin.
[0009]
The structure of the optical waveguide laminate 10 will be further described. A silicon dioxide layer 2 for protecting the substrate 1 and adjusting the refractive index is provided on the upper surface of the substrate 1, and the optical waveguide laminate 10 is formed on the silicon dioxide layer 2. As shown in more detail in FIG. 3, the optical waveguide laminate 10 includes an organic zirconium compound layer 22, a fluorine-free resin layer 23, a lower clad layer 3, which are sequentially laminated on the silicon dioxide layer 2. An optical waveguide 4, an upper cladding layer 5 that embeds the optical waveguide 4, and a protective layer 9 are included. The lower cladding layer 3, the optical waveguide 4 and the upper cladding layer 5 are all made of a polyimide resin containing fluorine. The organic zirconium compound layer 22 and the fluorine-free resin layer 23 are disposed in order to improve the adhesion between the substrate 1 and the lower cladding layer 3.
[0010]
The lower cladding layer 3 and the upper cladding layer 5 are both made of a first polyimide resin film. The film thickness of the lower clad layer 3 is about 6 μm, the film thickness of the upper clad layer 5 is about 10 μm immediately above the optical waveguide 4, and about 15 μm in other portions. The optical waveguide 4 is made of a second polyimide resin film, and the film thickness is about 6.5 μm. The protective layer 9 is a third polyimide resin film, and the film thickness is about 5 μm at the end away from the optical waveguide 4.
[0011]
As the compound constituting the organic zirconium compound layer 22, various compounds can be used, but here, tributoxyacetylacetonate zirconium is used. The organic zirconium compound layer 22 is uniformly formed so that the film thickness falls within the range of 50 angstroms or more and 200 angstroms or less, particularly preferably within the range of 50 angstroms or more and 150 angstroms or less. This is because if the film thickness is thinner than 50 angstroms, the effect of improving the adhesion cannot be exhibited and the lower clad layer 3 may be peeled off from the substrate 1. Further, when the film thickness exceeds 200 angstroms, the film becomes brittle. The range from 50 angstroms to 200 angstroms is substantially equivalent to 5 molecular layers or more and 20 molecular layers or less in terms of the molecular layer (overlapping of molecules) of the organic zirconium compound. The resin layer 23 not containing fluorine is a third polyimide resin layer. The film thickness is about 0.23 μm.
[0012]
The V-groove 21 disposed in the region 20 on the substrate 1 is for mounting an optical fiber. The V groove 21 is designed to have a depth and a width so as to be aligned with the optical waveguide 4 when an optical fiber having a predetermined diameter is mounted. Therefore, for example, when a light emitting element is mounted on the electrode 7, the light emitted from the light emitting element enters the optical waveguide 4, propagates therethrough, is emitted from the optical waveguide 4, and enters the V groove 21. It enters the mounted optical fiber with high efficiency. Further, when the light receiving element is mounted on the electrode 7, when the light propagating through the optical fiber is emitted from the optical fiber, it enters the optical waveguide 4 with high efficiency and propagates therethrough. , Is emitted toward the light receiving element, and is received by the light receiving element.
[0013]
The V groove 21 is a groove having a depth of about 100 μm formed by anisotropic etching of the silicon single crystal substrate 1 and has a V-shaped cross section. At the boundary between the region 20 where the V-groove 21 is disposed and the optical waveguide stack 10, a cut 25 formed when the end surface of the optical waveguide stack 10 is cut as shown in FIGS. 1, 2, and 4. Is present. Similarly, a cut 26 is present at the boundary between the region 30 of the electrode 7 and the optical waveguide laminate 10. Before the notch 25 is formed, the first alignment marks 33 and 34 are arranged, and the alignment marks 31 and 32 are arranged on both sides of the electrode 7 in the region 30. These first alignment marks 31, 32, 33 and 34 are concave portions formed by anisotropic etching at the same time when the V-groove 21 is formed, and the planar shape thereof has two sides parallel to the V-groove. It is preferable to have a square. In this case, the recess formed by anisotropic etching has an inverted pyramid shape.
[0014]
Next, the manufacturing method of the optical waveguide device of the 1st Embodiment of this invention is demonstrated using FIG.
First step of forming V-groove for mounting optical fiber and first alignment mark on substrate A silicon wafer having a diameter of about 12.7 cm is prepared as the substrate 1. A large number of the structures shown in FIG. Thereby, many optical waveguide devices 100 of FIG. 1 can be mass-produced. Therefore, film formation, patterning, and the like are performed on the entire wafer-like substrate 1 at a time.
First, after a silicon dioxide layer 2 is formed on the entire upper surface of the wafer-like substrate 1 by a thermal oxidation method, a vapor deposition method, or the like, a V-groove is formed by photolithography and wet etching utilizing the anisotropy of silicon single crystal. 21 are formed as shown in FIG. At this time, concave portions used as the alignment marks 31, 32, 33, and 34 shown in FIG.
[0015]
A metal film is formed on the wafer-like substrate 1 and patterned to form the electrode 7 of FIG. As a result, as shown in FIG. 5, a large number of V grooves 21 and electrodes 7 are arranged on the wafer-like substrate 1.
Next, the organic zirconium compound layer 22 is formed on the entire wafer-like substrate 1 of FIG. First, an organic zirconium compound solution is applied to the entire substrate 1 by spin coating, and the obtained coating film is dried by heating at 160 ° C. for about 5 minutes to form the organic zirconium compound layer 22. As the organic zirconium compound solution, for example, a solution prepared by dissolving tributoxyacetylacetonate zirconium in butanol to prepare a 1 wt% solution is used.
[0016]
Next, a resin layer forming composition containing no fluorine is applied onto the organic zirconium compound layer 22 by spin coating, the resulting coating film is heated to evaporate the solvent, and further heated to be cured. Thus, the resin layer 23 containing no fluorine is formed. The spin coating conditions are controlled so that the thickness of the resin layer 23 not containing fluorine is 0.23 μm.
Next, on the upper surface of the wafer-like substrate 1, the resin layer 23 that does not contain fluorine, and the organic zirconium for the portions 20 and 30 where the optical waveguide laminate 10 is not disposed in the completed optical waveguide device. The compound layer 22 is removed. Since the optical waveguide devices are arranged vertically and horizontally on the wafer-like substrate 1, the region 20 and the region 30 on the upper surface of the wafer-like substrate 1 are formed of the optical waveguide laminate 10 as shown in FIG. 6. It is a band-shaped part on both sides. By removing the resin layer 23 not containing fluorine and the organic zirconium compound layer 22 from the band-shaped portion, the lower cladding layer 3 is easily peeled off from the substrate 1 in the band-shaped portion. The optical waveguide laminate 10 can be peeled off in a strip shape from the regions 20 and 30 of one region.
[0017]
A method for removing the fluorine-free resin layer 23 and the organic zirconium compound layer 22 from the regions 20 and 30 on the substrate 1 will be specifically described.
First, a resist solution is spin-coated on the entire surface of the wafer-like substrate 1 and dried at 100 ° C. to form a resist film. Thereafter, the image of the photomask is exposed with a mercury lamp. The photomask is formed so that the resist film remains only in the portion where the optical waveguide laminate 10 is to be formed. Thereafter, the resist film is developed. Thereby, not only the resist film but also the resin layer 23 not containing fluorine is wet-etched, and both of them can be almost removed. At this time, since the V-groove 21 and the first alignment marks 31, 32, 33, and 34 have a concave shape, a resist film and a resin layer 23 that does not contain fluorine partially remain at the bottom. Therefore, in this state, exposure is performed again using the photomask described above, and development is performed. As a result, the resist film remaining in the V-groove 21 and the first alignment marks 31, 32, 33, and 34 and the resin layer 23 not containing fluorine can be completely removed.
[0018]
This method has an advantage that the resin layer 23 not containing fluorine can be completely removed from the V-groove 21 and the first alignment marks 31, 32, 33, and 34 by a simple process of repeating exposure and development of the resist film. There is. Thereafter, the organic zirconium compound layer 22 is removed by wet etching using hydrofluoric acid or reactive ion etching. Since the organic zirconium compound layer 22 is very thin, the layers inside the V groove 21 and the first alignment marks 31, 32, 33, 34 can also be removed by wet etching or reactive ion etching. . Finally, the resist film is removed.
[0019]
Second step of forming the lower clad layer on the substrate Next, the first polyimide resin film forming composition (that is, for forming the lower clad layer 3) is formed on the entire upper surface of the wafer-like substrate 1. The composition solution is spin-coated to form a material solution film. Thereafter, the solvent is evaporated by heating at 100 ° C. for 30 minutes and then at 200 ° C. for 30 minutes to evaporate the solvent, followed by heating at 370 ° C. for 60 minutes to cure the lower cladding layer 3 having a thickness of 6 μm. Form.
[0020]
Third step of forming optical waveguide layer on lower clad layer The second polyimide resin film forming composition for optical waveguide layer is spin-coated on the lower clad layer 3. A material solution film is formed. Thereafter, the solvent is evaporated by heating at 100 ° C. for 30 minutes in a dryer, then at 200 ° C. for 30 minutes, and subsequently cured by heating at 350 ° C. for 60 minutes to obtain a thickness 6 that becomes the optical waveguide 4. A second polyimide resin film having a thickness of 5 μm is formed.
[0021]
Fourth step of providing a resist layer on the optical waveguide layer, and exposing and developing to form a resist pattern Next, a silicon-containing resist is formed on the second polyimide resin film (i.e., the optical waveguide layer). A layer (usually about 1 μm in thickness) is provided, and the resist layer is exposed and developed through a photomask having a desired optical waveguide and second alignment mark pattern to form a resist pattern. The exposure is usually performed for 30 seconds to 120 seconds using ultraviolet rays. The development is sufficiently performed in about 90 seconds at room temperature (about 23 ° C.) by spraying an alkaline developer. At this time, the cross-sectional shape of the resist layer on the desired optical waveguide remaining on the unexposed portion without being etched and the second alignment mark forms a trapezoid with an inclination angle of about 80 ° as shown in FIG. Yes. In this step, second alignment marks 41b, 42b, 43b, and 44b are formed on the resist layer.
[0022]
Fifth step of forming optical waveguide and second alignment mark pattern Using the resist pattern as an etching mask, the optical waveguide layer is etched to form a desired optical waveguide 4 and second alignment mark. Marks 41a, 42a, 43a, 44a (see FIG. 10) are formed. Etching is performed by reactive ion etching (O 2 -RIE) using oxygen ions using the resist pattern as an etching mask. Thereby, as shown in FIG. 6, a large number of optical waveguide devices can be arranged on the substrate 1 and formed at a time.
[0023]
More specifically, in this embodiment, a second alignment mark on the lower cladding layer 3 corresponding to each of the first alignment marks 31, 32, 33, 34 provided on the substrate 1. 41a, 42a, 43a, 44a are formed simultaneously with the optical waveguide 4. Thus, as the second alignment marks 41, 42, 43, 44, the marks 41b, 42b, 43b, 44b shown in FIG. 9 formed in the resist layer in the fourth step may be used. However, the marks 41a, 42a, 43a, and 44a shown in FIG. 10 formed in the optical waveguide layer in the fifth step may be used.
The shape, size, and number of each alignment mark are not particularly limited, but one side is 10 μm to 50 μm, preferably 20 to 20 from the viewpoint of easy formation and easy measurement of misalignment by microscopic observation. A square of about 40 μm, most preferably about 30 μm is desirable.
[0024]
In addition, the first alignment mark and the second alignment mark corresponding to the first alignment mark are not affected by the concave portion of the first alignment mark. From the viewpoint that it is easy to measure the positional deviation between the two, the lateral distance in the plane of the substrate 1 (indicated by α in FIG. 8A) is 10 to 40 μm, preferably 10 to 30 μm. It is desirable to arrange it so that the thickness is about 20 to 25 μm. On the other hand, the first alignment mark and the second alignment mark corresponding to the first alignment mark are preferably arranged with their centers aligned with the longitudinal direction of the substrate. In the case where the centers are arranged to coincide with each other, the lateral deviation amount c can be obtained by the formula described later. However, in the case where the centers are arranged without coincidence, the mismatch amount is calculated with respect to the lateral deviation amount c obtained by the formula described later. Need to be calibrated.
[0025]
A sixth step of judging the quality of the product from the amount of displacement between the first alignment mark and the second alignment mark. Next, the positions of the first alignment mark and the second alignment mark. A deviation amount is obtained, and if the positional deviation amount is larger than a predetermined amount, it is determined as a defective product. As described above, the marks 41b, 42b, 43b, and 44b shown in FIG. 9 formed in the resist layer in the fourth step are used as the second alignment marks 41, 42, 43, and 44, respectively. Alternatively, the marks 41a, 42a, 43a, and 44a shown in FIG. 10 formed in the optical waveguide layer in the fifth step may be used.
However, since the second alignment marks 41b, 42b, 43b, and 44b are formed in the fourth step of forming the resist pattern, the step of obtaining the sixth positional deviation amount is performed after the fourth step. It is desirable to carry out before the fifth step. The reason is as follows.
As shown in FIG. 9a, the second alignment mark 41b (the same applies to 42b, 43b, 44b) formed in the resist layer has a side surface inclined by about 80 ° with respect to the substrate plane. As indicated by the arrows, even if light from above enters the tapered portion 41c, it escapes in the lateral direction and does not return to the inspection machine. For this reason, as shown in FIG. 9b, the tapered portion 41c is observed as a black line, the edge of the alignment mark 41b becomes clearer, and the inspection accuracy is improved to about ± 0.1 μm.
On the other hand, after the resist layer is removed, as shown in FIG. 10a, the second alignment mark 41b is removed and the alignment mark 41a remains, but the side surface of the alignment mark 41a remains on the substrate plane. It is perpendicular to it and has no taper. Further, since the alignment mark 41a has the same color as the lower clad layer 3, the edge of the alignment mark 41a is blurred compared to the edge of the alignment mark 41b. Therefore, the inspection accuracy is about ± 1.0 μm.
[0026]
Here, in the present embodiment, as shown in FIG. 8, a lateral displacement amount c indicating how much the center of the V groove 21 and the center of the optical waveguide 4 are laterally displaced in the plane of the substrate 1 is set. Measure and inspect whether the lateral displacement amount c is within a predetermined range. In the present embodiment, the lateral displacement amount c is measured using, for example, the first alignment mark 31 and the second alignment mark 41 corresponding thereto. Since the V groove and the first alignment mark 31 are concave portions formed by anisotropic etching at the same time, the positional relationship is guaranteed with the accuracy of photolithography. Further, since the second alignment mark 41 and the optical waveguide 4 are exposed and developed with the same mask, the positional relationship is guaranteed with the accuracy of photolithography.
[0027]
Therefore, by measuring the displacement between the first alignment mark 31 and the second alignment mark 41, the lateral displacement amount c between the V groove 21 and the optical waveguide 4 can be measured. Since the second alignment mark 41 is formed above the first alignment mark 31 with a space α in the longitudinal direction, a microscope (for example, a magnification 100 of the objective lens is used until both of them enter the same field of view. The image magnified in step) is taken with a CCD camera. At this time, as shown in FIG. 8A, the second alignment is performed as shown in FIG. 8B by shifting only the focal point at the same position as the image picked up by focusing on the first alignment mark 31. An image taken with the mark 41 in focus is acquired. The distances a and b are obtained from the number of pixels from the image in FIG. 8A, and the distances x and y are obtained from the number of pixels from the image in FIG. And
Lateral displacement c = (a + b) / 2− (x + y) / 2
The lateral shift amount c can be obtained by substituting into the equation.
[0028]
In this embodiment, the interval α between the first alignment mark 31 and the second alignment mark 41 is about 25 μm, and the longitudinal centers thereof are matched, so that FIGS. ) Can be obtained by enlarging the visual field to about 70 μm. Therefore, even when a general CCD camera having an image resolution of 500 pixels is used, the lateral shift amount c can be measured theoretically with an accuracy of 0.14 μm / pixel.
On the other hand, as a comparative example, when the second alignment marks 41, 42, 43, and 44 are not provided, it is necessary to obtain the lateral shift amount c from the field of view image as shown in FIG. When 400 μm is used, when a CCD camera having a general image resolution of 500 pixels is used, the measurement accuracy is theoretically about 0.8 μm / pixel.
[0029]
Thus, in the present invention, the first alignment marks 31, 32, 33, 34 are provided on the substrate 1 when the V-groove 21 is formed, and the second alignment marks 41, 42, 42 are formed when the optical waveguide 4 is formed. By providing 43 and 44 above the first alignment marks 31, 32, 33 and 34, the lateral shift amount c can be measured with high accuracy without using an expensive CCD camera having a large number of pixels. Can do. If the lateral displacement amount c is not within the predetermined range, the product is determined to be defective. Even when the optical waveguide is branched, the lateral displacement amount c can be measured in the same manner for the branched waveguide and the electrode provided corresponding thereto, and a defective product can be determined.
[0030]
Next, the first polyimide resin film-forming composition is spin-coated so as to cover the optical waveguide 4 and the lower cladding layer 3. The obtained material solution film is heated in a dryer at 100 ° C. for 30 minutes, then at 200 ° C. for 30 minutes to evaporate the solvent in the material solution film, and heated at 350 ° C. for 60 minutes to form a first polyimide. An upper cladding layer 5 of the resin film is formed. Furthermore, a polyimide resin film-forming composition containing no fluorine is spin-coated on the upper surface of the upper clad layer 5, and the solvent is evaporated by heating at 100 ° C. for 30 minutes and 200 ° C. for 30 minutes in a dryer, Heating is performed at 350 ° C. for 60 minutes to obtain a protective layer 9 made of a polyimide resin film that does not contain fluorine and has a substantially flat upper surface and a thickness of an end portion away from the optical waveguide 4 of about 5 μm.
[0031]
Next, since the layers from the lower cladding layer 3 to the protective layer 9 are also disposed in the regions 20 and 30 where they are not necessary, they are removed by peeling. That is, as shown in FIG. 6, cuts 25 and 26 are made by dicing at the boundary between the region 20 and the optical waveguide laminate 10 and at the boundary between the optical waveguide laminate 10 and the region 30, respectively. Cut up to 9 layers. At this time, the depth of the cut by dicing is set such that the optical waveguide laminate 10 is cut but the substrate 1 is not cut. In the previous step, the organic zirconium compound layer 22 and the fluorine-free resin layer 23 are removed from the upper surface of the substrate 1 in the regions 20 and 30, so that the lower cladding layer 3 and the substrate are removed in the regions 20 and 30. The adhesion with 1 is small. Therefore, each layer between the lower clad layer 3 and the protective layer 9 mounted on the region 20 and the region 30 can be easily peeled off from the wafer-like substrate 1 by forming the cuts 25 and 26. Can do. Thereby, in the wafer-like substrate 1 of FIG. 6, the upper surface (silicon dioxide layer) of the substrate is exposed in the regions 20 and 30.
[0032]
Next, the wafer-like substrate 1 is cut by dicing as shown in FIGS. 7A and 7B to be cut into strips, and the strip-like substrate is further cut as shown in FIGS. 7C and 7D. 1 is cut into individual optical waveguide devices 100 by dicing, and the optical waveguide device 100 is completed. The procedure of the dicing process for cutting the substrate 1 is not limited to this procedure, and the optical waveguide device 100 is diced into a mesh shape vertically and horizontally in the process of FIG. 7A, as shown in FIG. It is also possible to form
In the optical waveguide device of the present embodiment, the optical waveguide 4 has a linear shape, but the shape of the optical waveguide 4 of the optical waveguide laminate 10 is not limited to the linear shape in accordance with the function required as the optical waveguide device. A desired shape such as y-branch or x-type can be obtained. Moreover, it is also possible to make it the structure provided with the V groove 21 and the electrode 7 according to the shape of an optical waveguide.
[0033]
In addition, the optical waveguide device 100 manufactured in the present embodiment has a high Tg and excellent heat resistance because all layers from the lower cladding layer 3 to the upper cladding layer 5 are formed of polyimide resin. Therefore, the optical waveguide device of the present embodiment can maintain the propagation characteristics even when the temperature becomes high. In addition, since the polyimide resin can withstand a high temperature process such as soldering, it is possible to solder another optical waveguide device, an electric circuit element, or a light emitting element on the optical waveguide device.
[0034]
In the manufacturing method of the optical waveguide device 100 of the present invention, the positional deviation between the V-groove 21 and the optical waveguide 4 is measured with high accuracy in the inspection process, and only those having a positional deviation amount within a predetermined range are regarded as non-defective products. . Therefore, by manufacturing the optical communication device using the optical waveguide device 100 manufactured by the manufacturing method of the present invention, the optical fiber and the optical waveguide 4 can be easily aligned, and the high-performance optical communication device with high coupling efficiency. Can be manufactured at low cost.
In the present invention, an optical waveguide device means a substrate, an inorganic material such as glass or quartz, a semiconductor such as silicon, gallium arsenide, aluminum, or titanium, a metal material, a polymer material such as polyimide or polyamide, or these materials. Using a composite material, these substrates are provided with an optical waveguide, and further, an optical multiplexer, optical waveguide, optical attenuator, optical diffractor, optical amplifier, optical interferometer, optical It refers to a filter, an optical switch, a wavelength converter, a light emitting element, a light receiving element or a combination of these. A semiconductor device such as a light emitting diode or a photodiode or a metal film may be formed on the substrate, and a silicon dioxide film is applied on the substrate as described above for the purpose of protecting the substrate or adjusting the refractive index. Alternatively, a film of silicon nitride, aluminum oxide, aluminum nitride, tantalum oxide, or the like may be formed.
[0035]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is provided a method of manufacturing an optical waveguide device in which a V-groove for mounting an optical fiber and an optical waveguide are mounted on a substrate, and an optical process including an inspection process capable of accurately measuring the alignment between the V-groove and the optical waveguide. A method for manufacturing a waveguide device can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic optical waveguide device 100 according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of the optical waveguide device of FIG. 1. FIG.
3 is a cross-sectional view of the optical waveguide device of FIG. 1 taken along the line BB ′.
4 is a plan view of the optical waveguide device of FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a plan view of a wafer-like substrate 1 for explaining a method of manufacturing an optical waveguide device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a plan view of a wafer-like substrate 1 for explaining a method of manufacturing an optical waveguide device according to an embodiment of the present invention.
7A to 7D are explanatory views showing a process of cutting out a wafer-like substrate 1 in the method of manufacturing an optical waveguide device according to one embodiment of the present invention.
FIGS. 8A and 8B are partially enlarged views of FIG. 4, where FIG. 8A is a state where the first alignment mark 31 is focused on the objective lens, and FIG. 8B is a second view. It is explanatory drawing which shows the state which adjusted the focus of the objective lens to this alignment mark 41.
9A is a drawing showing a cross-sectional shape of a second alignment mark 41b provided on the optical waveguide layer 4. FIG.
(B) is a plan view of the second alignment mark 41b.
10A is a drawing showing a cross-sectional shape of a second alignment mark 41a provided on the lower cladding layer 3. FIG.
(B) is a plan view of the second alignment mark 41a.
[Explanation of symbols]
1: silicon substrate, 2: silicon dioxide layer, 3: lower clad layer, 4: optical waveguide, 5: upper clad layer, 7: electrode, 9: protective layer, 10: optical waveguide laminate, 20: optical fiber mounting region , 21: V groove, 22: Organic zirconium compound layer, 23: Resin layer not containing fluorine, 30: Electrode mounting region, 31, 32, 33, 34: First alignment mark, 41a, 42a, 43a, 44a : Second alignment mark provided on the optical waveguide layer, 41b, 42b, 43b, 44b: second alignment mark provided on the resist layer, 41c: taper portion of the second alignment mark 41b

Claims (5)

基板上に光ファイバ搭載用のV溝及び第1の位置合わせマークを形成する第1の工程と、
基板上に下部クラッド層を形成する第2の工程と、
該下部クラッド層上に光導波路層を形成する第3の工程と、
該光導波路層上にレジスト層を設け、該レジスト層を所望の光導波路及び第2の位置合わせマークのパターンを有するフォトマスクを介して露光、現像して所望の光導波路及び第2の位置合わせマークを有するレジストパターンを形成する第4の工程と、
該レジストパターンをエッチングマスクとして該光導波路層をエッチングして、所望の光導波路及び第2の位置合わせマークを形成する第5の工程と
前記第1の位置合わせマークと第2の位置合わせマークの位置ずれ量を求め、該位置ずれ量が予め定めた量よりも大きい場合には不良品と判断する第6の工程とを有し、
前記第1の位置合わせマークと前記第2の位置合わせマークは、基板上に多数配列される光導波路デバイスのそれぞれに対応して形成されることを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
A first step of forming a V-groove for mounting an optical fiber and a first alignment mark on a substrate;
A second step of forming a lower cladding layer on the substrate;
A third step of forming an optical waveguide layer on the lower cladding layer;
A resist layer is provided on the optical waveguide layer, and the resist layer is exposed and developed through a photomask having a pattern of a desired optical waveguide and a second alignment mark, and the desired optical waveguide and the second alignment are formed. A fourth step of forming a resist pattern having marks;
Etching the optical waveguide layer using the resist pattern as an etching mask to form a desired optical waveguide and a second alignment mark; and a step of forming the first alignment mark and the second alignment mark. positional displacement amount determined, if the positional displacement amount is larger than the amount determined in advance have a a sixth step of determining as defective,
The method of manufacturing an optical waveguide device, wherein the first alignment mark and the second alignment mark are formed corresponding to each of a plurality of optical waveguide devices arranged on a substrate .
第6の工程が、第4の工程の後で、かつ第5の工程の前に行われる請求項1記載の光導波路デバイスの製造方法。  The method for manufacturing an optical waveguide device according to claim 1, wherein the sixth step is performed after the fourth step and before the fifth step. 第6の工程が、第5の工程の後で、かつ該レジストパターンを除去した後に行われる請求項1記載の光導波路デバイスの製造方法。  The method for manufacturing an optical waveguide device according to claim 1, wherein the sixth step is performed after the fifth step and after the resist pattern is removed. 第1の位置合わせマークとこれに対応する第2の位置合わせマークの基板面内の横方向の間隔が10〜40μmである請求項1〜3のいずれか1項記載の光導波路デバイスの製造方法。  The method for manufacturing an optical waveguide device according to any one of claims 1 to 3, wherein a distance in a horizontal direction in the substrate surface between the first alignment mark and the second alignment mark corresponding to the first alignment mark is 10 to 40 µm. . 第1の位置合わせマークと第2の位置合わせマークの平面形状が、V溝に平行な2辺を有する正方形である請求項1〜4のいずれか1項記載の光導波路デバイスの製造方法。  The method for manufacturing an optical waveguide device according to any one of claims 1 to 4, wherein the planar shape of the first alignment mark and the second alignment mark is a square having two sides parallel to the V-groove.
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