JP4462097B2 - 光導波路モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光導波路に光ファイバを接続した光導波路モジュールの製造方法に関する。

従来から、光通信ネットワークや光集積デバイスにおいて、光導波路と光ファイバを接続する装置として、光導波路に光ファイバを接続して一体化した光導波路モジュールがある。このような装置の製造において、光導波路を形成するとき、光伝搬の損失を低減するため、シリコンウエハ（シリコン基板）上で光導波路を作製することが多く行われている。また、光通信用デバイスを最終的に光ファイバに接続する場合、例えば、シングルモードの光ファイバでは、１μｍ以下の精度で光導波路と光ファイバの位置合わせが必要である。そこで、光導波路と光ファイバに光信号を入光して受光量を見ながら位置合わせをすることなどが行われている。

また、位置合わせ作業を改善する方法として、光導波路構造用予備成形部と光ファイバ案内溝構造を有する成形部品を、一体物として１つの型で形成し、その成形部品に光導波路形成、光ファイバ接続を行うネットワーク用デバイズの製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、基準面を有する基板材料を分割し、分割後の前記基準面を位置基準として各分割基板材料の一方に光導波路を形成し、他方に光ファイバ案内溝を形成すると共にその案内溝に光ファイバを収容し、前記基準面を参照してこれらの各分割基板材料を、分割時に形成された端面において互いに結合する光導波路と光ファイバの結合体から成る光導波路モジュールの製造方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平６−００３５４５号公報 特開平４−３１６００５号公報

しかしながら、上述した特許文献１に示されるような一体物のままでデバイスを製造する方法においては、光導波路の形成を光ファイバが実装された状態で行わなければならず、作業対象物の取扱や引き回しが不便であり、生産性が悪いという問題がある。

また、特許文献２に示されるような製造方法においては、基板材料分断後に、光導波路や光ファイバ案内溝を形成するので、基準面を位置基準として用いたとしても最終的な光導波路位置と光ファイバ位置の位置合わせ精度に限界がある。また、多芯光ファイバを用いる場合、個々の光ファイバ案内溝における加工誤差が光導波路モジュール全体の誤差となり、光導波路モジュールの特性のバラツキが大きくなるという問題がある。

本発明は、上記課題を解消するものであって、光導波路の光軸と光ファイバの光軸を容易に精度良く接合できる光導波路モジュールの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１の発明は、光導波路に光ファイバが接続されてなる光導波路モジュールの製造方法において、複数の光ファイバ案内溝をまとめて形成するように設けた凹部を有する基板上にクラッド材層を設け、このクラッド層の上からコア溝となるコア用凸部と光ファイバ案内溝となる案内溝用凸部を備えた型を押し付けることにより当該基板上にコア溝と光ファイバ案内溝を形成するクラッド基板形成工程と、前記クラッド基板のコア溝にコア材を充填し硬化して導波路を形成する導波路形成工程と、前記光ファイバ案内溝に光ファイバを固定する光ファイバ固定工程と、を備えたものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の光導波路モジュールの製造方法において、前記光ファイバ案内溝上面とコア溝上面とが互いに段差を有するものである。

請求項３の発明は、請求項２に記載の光導波路モジュールの製造方法において、前記クラッド基板形成工程時に、前記型による押し付けの前に、前記基板の前記コア溝が形成される部位に所定の一様厚さに樹脂層を付加して当該基板表面よりも所定の高さ持ち上がった面を設けることにより前記段差を形成するようにしたものである。

請求項４の発明は、請求項１に記載の光導波路モジュールの製造方法において、前記導波路形成工程においてコア溝にコア材を充填する際に当該コア溝から前記ファイバ案内溝にコア材が流れ込まないように両溝間に突起を設け、前記導波路形成工程の後に前記突起を含めて前記クラッド基板を切断して導波路を表面又は内部に備えた導波路ブロックと光ファイバ案内溝を表面に備えた光ファイバ固定ブロックとを形成するものである。

請求項５の発明は、請求項１に記載の光導波路モジュールの製造方法において、前記クラッド基板形成工程時に、光ファイバ案内溝となる案内溝用凸部が台形形状の断面からなる型を用いると共に、前記凹部を設けた基板に替えて、表面が平らな平面基板を用いて前記クラッド基板を形成するものである。

請求項６の発明は、請求項５に記載の光導波路モジュールの製造方法において、前記クラッド基板形成工程時に、前記平面基板を弾性体上に配置して前記クラッド基板を形成するものである。

このような構成の光導波路モジュールの製造方法は、コア用溝と光ファイバ案内溝が一体的に形成されるので、光導波路の光軸と光ファイバの光軸を容易に精度良く接合して光導波路モジュールを製造できる。光導波路を形成したクラッド基板は、これを分断して基準面と分断面とを備えた光導波路ブロックと光ファイバ固定ブロックを形成することができ、光ファイバ案内溝への光ファイバ固定や、光ファイバの扱いが容易となる。また、基準面に基づいて分断面を接合することにより各ブロックの接合部における光軸ずれの少ない光導波路モジュールを簡便で安価に製造できる。また、光ファイバを固定する前に光導波路を形成するので、作業対象物の取扱や引き回しが簡便となる。また、光導波路形成時に有用なコア材漏出防止用ダム構造などの最終的には不要なものを切断時に除去される削り代部分に形成することにより生産性や寸法精度を向上させることができる。なお、クラッド基板の分断は、光導波路形成工程の前でも後でも行うことができる。

また、型の案内溝用凸部の全体に相対する部位に光ファイバ案内溝をまとめて形成するための凹部を設けた基板を用いるので、この基板上にクラッド材を配置して型を用いて形成したクラッド基板は、光導波路部分のクラッド厚が薄くて高価なクラッド材を節約でき、かつ均一に形成されたものとなる。また、クラッド厚が薄いことにより、厚すぎる場合に発生する製造プロセス中の熱応力や使用中の熱変動の影響によるクラッドの割れを回避できる。なお、光導波路に必要なクラッド厚は、基板材料、クラッド材、コア材の屈折率により異なるが、おおよそ１５μｍ以上必要であり、この厚みは確保して製造される。また、型と基板の位置合わせは、型に設けられた案内溝用凸部の集合全体と基板の溝用凹部との位置合わせを行えばよく、位置合わせ工程が容易である。

以下、本発明の一実施形態に係る光導波路モジュールの製造方法について、図面を参照して説明する。図１（ａ）（ｂ）は本発明の光導波路モジュールの製造方法により製造された光導波路モジュール１を示し、図２は光導波路モジュール１の製造方法の製造工程を示す。光導波路モジュール１は、図１（ａ）に示すように、成形用基板２の上にクラッド３、導波路コア３３、上部クラッド３４を成形した導波路ブロック１１と、成形用基板２の上にクラッド３を積層して光ファイバ案内溝３１を形成した光ファイバ固定ブロック１２とを備えており、光ファイバ固定ブロック１２に固定した光ファイバＦの光軸と導波路ブロック１１の導波路（導波路コア３３）の光軸とを精度良く接続して、これらのブロック１１，１２を一体結合化して構成されている。光ファイバ案内溝３１は、図１（ｂ）に示すように、成形用基板２に設けた凹部２１に複数の光ファイバ案内溝３１をまとめて形成されている。

このような光導波路モジュール１は、後述するように、凹部２１を有する成形用基板２上にクラッド材層を設け、このクラッド層の上からコア溝３２（図１６参照）となるコア用凸部４１と光ファイバ案内溝３１となる案内溝用凸部４２を備えた型４（図４参照）を押し付けることにより成形用基板２上にコア溝３２と光ファイバ案内溝３１を形成する工程を経て製造される。図１（ｂ）に示すクラッド厚ｚは、導波路ブロック１１におけるクラッド３の厚みであり、光ファイバ案内溝３１を形成している部分のクラッド３の最大厚みより薄くなっている。凹部２１を設けることなく平らな成形用基板上にクラッド３を形成すると光導波路部分のクラッド３の厚みが厚くなってしまう。光導波路モジュール１においては、凹部２１を設けていることにより、導波路ブロック１１におけるクラッド３が薄く、高価なクラッド材を節約できる。また、クラッド厚みを薄くすることにより、クラッド３の割れを防止できる。

また、クラッド３の厚みが光導波路モジュール１の全体において平均的に薄いことにより、厚過ぎるクラッド３を含む場合に発生する製造プロセス中の熱応力や使用中の熱変動の影響によるクラッド３の割れを回避できる。なお、光導波路に必要なクラッド厚（コアを囲むクラッド厚）は、基板材料、クラッド材、コア材の屈折率により異なるが、おおよそ１５μｍ以上必要であり、この厚みは確保して製造される。

上述の光導波路モジュール１を製造する製造工程は、図２に示すように、コア用凸部４１と案内溝用凸部４２を備えた型を形成する型作成工程（Ｓ１）、成形用基板２に凹部２１を形成する成形用基板形成工程（Ｓ２）、成形用基板２上にクラッド材層を設け、型４を押し付けてコア溝３２と光ファイバ案内溝３１を備えたクラッド基板を形成するクラッド基板形成工程（Ｓ３）、クラッド基板のコア溝３２にコア材を充填し硬化する工程と導波路コア３３とクラッド３の上に上部クラッド材を塗布し硬化して上部クラッド３４を形成する工程（導波路形成工程）（Ｓ４）、クラッド基板を導波路ブロック１１と光ファイバ固定ブロック１２に分断する基板分断工程（Ｓ５）、光ファイバ案内溝３１に光ファイバＦを固定する光ファイバ固定工程（Ｓ６）、及び、導波路ブロック１１と光ファイバ固定ブロック１２を接合するブロック接合工程（Ｓ７）とを備えている。

上述の型作成工程（Ｓ１）によって製造される型４は、複数の光導波路モジュール１の製造において繰り返して用いることができる。従って、一回の型作成工程（Ｓ１）と、他の工程Ｓ２〜Ｓ７の複数回の繰り返しにより、繰り返し回数分の光導波路モジュール１が製造される。以下、各製造工程を詳細説明する。

（型作成工程Ｓ１）
図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ａ）（ｂ）は型４の構造例を示す。型４は、光導波路のコア溝３２を形成するための凸部であるコア用凸部４１と、光ファイバ案内溝３１を形成するための凸部である案内溝用凸部４２とを表面に備えている。図３（ａ）〜（ｃ）に示す型４は、光ファイバＦを直結する８つの導波路、及び１つの光ファイバを２つの光ファイバに接続する６つのＹ分岐導波路を形成するためのコア用凸部４１と各導波路の端部に接続される光ファイバＦを固定する光ファイバ案内溝３１を形成するための２０個の案内溝用凸部４２を備えている。また、図４（ａ）（ｂ）に示す型４は、２つのＹ分岐導波路を形成するためのコア用凸部４１、案内溝用凸部４２を備えている。

型４の作成について説明する。型４は、いわゆるＬＩＧＡ（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｅ Ｇａｌｖａｎｏｆｏｒｍｕｎｇ Ａｂｆｏｒｍｕｎｇ）プロセスを応用して作成される。このプロセスは、シリコン基板上に母型を形成し、その母型にＮｉ（ニッケル）電鋳を行いコア用凸部４１と案内溝用凸部４２を形成するという手順を含む。すなわち、（１）シリコン基板の表面に、光ファイバ案内溝３１となる溝と同一形状の溝を形成する。（２）スキージング装置やスピンコータを用いて、シリコン基板表面の全面にレジスト材を塗布してシリコン基板の表面に平面を形成する。（３）レジスト材からなる平面の上に導波路コアの厚みに相当する膜厚（例えば５μｍ）のレジスト膜をさらに形成する。このレジスト膜を、例えば、１００℃、２分でプレ硬化させる。（４）その後、光導波路パターンマスクを用いて、ＵＶフォトリソグラフィにより光導波路パターン（コア溝パターン）を形成する。その後、現像、硬化により導波路コア溝３２となる溝を形成する。現像の際には、導波路部以外の下地のレジストも除去する。以上により、シリコン基板上に光ファイバ案内溝３１とコア溝３２が形成された母型が得られる。（５）前記母型に銀スパッタ膜を形成し、その後、電気めっきによりＮｉ電鋳を行う。型４は、例えば、厚さ３００μｍであり、反りが発生しないように注意し、電流密度、電極間距離、めっき液の循環を最適化して製造される。この結果、寸法精度は、例えば、±１μｍとなる。（６）電鋳型からレジストとシリコン基板を剥離させ、型裏面を平行に研作する加工と外周の加工を行い、ニッケル金属からなる、コア用凸部４１と案内溝用凸部４２を備えた上述の図３（ａ）、図４（ａ）に示すような型４が完成する。

（成形用基板形成工程Ｓ２）
図５（ａ）〜（ｃ）は成形用基板２の例を示し、図６（ａ）（ｂ）は成形用基板２と型４との形状の対応関係を示す。この成形用基板２は、上述の図３（ａ）〜（ｃ）に示した型４を専用の型として用いる基板である。すなわち、成形用基板２は、型４の２列に並んだ複数の案内溝用凸部４２に対応する光ファイバ案内溝３１をまとめて形成するための２つの凹部２１をその表面に備えている。

成形用基板２の形成について説明する。成形用基板２は、シリコン基板（例えば、厚さ５２５μｍ）を用いて形成される。シリコン基板上の凹部２１は、シリコン基板に異方性エッチングを施すことにより形成できる。異方性エッチングの具体的方法を以下に示す。まず、結晶方位が（１００）面を有するシリコン基板に熱酸化により厚さ例えば１μｍのシリコン酸化膜を形成する。次にシリコン基板上に、レジスト塗布工程と露光・現像工程により凹部２１形成予定位置に開口を有するレジストマスクを形成し、このマスクを用いてドライエッチングと所定の処理を行い、凹部２１形成予定位置に開口を有するシリコン酸化膜からなるマスクをシリコン基板上に形成する。酸化膜からなるマスクを備えたシリコン基板は、ＫＯＨ溶液を用いてエッチングすることにより、凹部２１形成予定位置に（１１１）面を有するシリコン結晶面が露出され、５４．７°の角度からなる斜面を形成しつつエッチングが進行する（異方性エッチング）。所定のエッチング深さになった時に、エッチングを停止させる。これにより、凹部２１を備えた成形用基板２が形成される。

なお、異方性エッチングを用いて形成した凹部２１は、（開口が四角の場合）凹部の４面が傾斜面で形成される。この斜面はコア溝３２及び光ファイバ案内溝３１の溝方向両端にも形成されるので、この斜面部を残したままであると、光ファイバＦと導波路コア３３の接続時に光ファイバＦと光導波路の間に隙間を生じることとなり、カップリング損失の原因となる。この傾斜面は後述するように、導波路ブロック１１と光ファイバ固定ブロック１２と分離形成する基板分断工程Ｓ５時に、除去することができる。また、分断せずに溝加工を行って傾斜面を除去してもよい。

（クラッド基板形成工程Ｓ３）
図７（ａ）（ｂ）は成形用基板２にクラッド３形成用の樹脂液を塗布する様子を示し、図８はクラッド材層が形成された基板に型４を押し付けて型成形を行う様子を示す。図示した成形用基板２は、図４（ａ）に示した型４に対応する基板である。この工程は、使用するクラッド材によって処理内容が異なる。クラッド材として光硬化性材料や熱硬化性材料を使用するものとする。これらのクラッド材は、成形用基板２上にマイクロピペット、ディスペンサ等を用いて塗布された後、スピンコータを用いて均一なクラッド材層とされる。クラッド材は、光硬化性材料か熱硬化性材料かによって、光又は熱により硬化される。クラッド材層の厚みは、成形用基板２の平坦部において１０μｍ〜１５０μｍである。この膜厚は、作製するデバイスにより異なるが、好ましくは、１５〜８０μｍ厚である。熱硬化性材料では、後工程である型４による成形工程において加熱することにより硬化を行う。

クラッド材は、光通信のシングルモード光用の光導波路モジュールでは、メタクリレート系の光硬化性又は熱硬化性樹脂を用いることができる。クラッド３の屈折率ｎは、例えば、ｎ＝１．５３８である。

上述によりクラッド３となるクラッド材を塗布した成形用基板２は、型４を用いて、光ファイバ案内溝３１と光導波路となるコア溝３２が型成形される。型成形の方法としてホットエンボス成形法を用いることができる。ホットエンボス法では、図８に示すように、例えば、温度１５０℃に加熱した型４を溶融したクラッド３に押し付けることにより成形する。なお、型成形の他の方法として射出成形法（不図示）を用いてもよい。以上により、成形用基板２上にコア溝３２と光ファイバ案内溝３１を備えたクラッド基板が形成される。

（導波路形成工程Ｓ４）
上述のクラッド基板のコア溝３２にクラッド３より屈折率の高いクラッド３と同系統の樹脂を塗布する。なお、クラッド材とコア材の屈折率差は、光通信に使用するシングルモードレーザ光の場合、１３００〜１５５０ｎｍの波長域で０．００４〜０．０１程度の差であり、可視領域から赤外領域で使用するマルチモードレーザ光線の場合、０．０１〜０．０５程度の差である。

クラッド基板のコア溝３２にコア材を充填する方法としては、スピンコータやゴムヘラによるスキージング装置を用いることができる。スピンコータを用いる場合、例えば、毎分８００〜２５００回転で３０秒、回転させる。これらの充填方法は、使用する樹脂の粘性により使い分ける。コア材として光（紫外光）硬化性樹脂を用いた場合、コア材をコア溝３２に充填した後にクラッド基板全体に紫外光を照射する。紫外光照射は、例えば、強度３０ｍＷ／ｃｍ２、照射時間５分間で行う。その後、２００℃、１時間の加熱放置を行ってコア材を完全重合させる。上述のコア材として熱硬化性樹脂を用いる場合、例えば、クラッド基板の上面（コア溝形成面）に平板を押し当てて全体を１５０℃に加熱することにより硬化させる。このようにして、クラッド基板のクラッド３に形成されたコア溝３２にコア材を充填し硬化させた導波路コア３３が形成される（図１（ａ））。

上述の導波路コア３３の上部に上部クラッド３４を形成する場合は、成形用基板２に形成したクラッド３と同一のクラッド材を上部クラッド３４の材料として用いる。上述同様にスピンコータを用いて形成できる。スピンコータの条件は、例えば、毎分２５００回転、３０秒である。この時の上部クラッド３４の厚みは、例えば、１０μｍである。上部クラッド材が光硬化性の場合は、クラッド基板全体に紫外線を照射し、熱硬化性の場合は、クラッド基板全体を加熱炉内に入れて加熱する。それぞれの硬化条件は、コア材を硬化させた条件と同様の条件を用いることができる。

（基板分断工程Ｓ５）
図９（ａ）（ｂ）は光ファイバ案内溝３１、導波路コア３３、及び上部クラッド３４が形成されたクラッド基板を示す。このクラッド基板は、図９（ａ）に示すように、ｘ方向、ｙ方向に沿って分断され、それぞれ、表面に導波路を備えた導波路ブロック１１と、光ファイバ案内溝３１を備えた光ファイバ固定ブロック１２とされる。ｘ方向の分断位置は、例えば、図９（ｂ）に示すように、導波路コア３３の端部と光ファイバ案内溝３１の接続部を含むものとされる。この位置を切断することによって、前述した異方性エッチングによって、成形用基板２に形成された不要な傾斜面を切削除去できる。また、ｘ方向の分断面は、ブロック接合工程Ｓ７における位置決めの基準面として用いられる。

分断は、例えば、ダイサを用いて、成形用基板２のチッピングを抑制するため、切断刃であるブレードの粗さ＃８００を使用し、回転数３０、０００ｒｐｍ、試料の送り速度１ｍｍ／ｓ以下で行う。端面粗さは、３０ｎｍとなる。ブレード寸法は、直径５６ｍｍφ、幅２００μｍである。

上述のように、分断時には、光導波路部と光ファイバ実装部の境界に相当するシリコンの異方性エッチングにより形成される斜面部である（１１１）面を切り落とすように切断位置を決定する（図９（ａ））。この（１１１）面の幅は、エッチング深さにより異なるが、深さが６０μｍ程度の場合、４０μｍ程度であるので、上述のブレード幅のブレードにより、１回の切断で除去することが可能である。エッチング深さが深い場合や、例えば、後述の図２１乃至図２３に示すようにコア溝３２とファイバ案内溝３１との間隔が大きい場合には、ブレード幅の大きな刃を用いて切断を行う。

また、光デバイスによっては、光導波路端面の反射光を光経路に戻さないように、光導波路端面をある一定角度にテーパ角を付与することがある。光通信デバイスでは、光導波路や光ファイバの端面で屈折率変化に伴う表面反射が発生する。この反射がシステムの中を逆伝搬すると信号のクロストーク等のノイズの原因になるので、表面反射光の影響を低減する必要がある。そこで、分断に際して、分断面を光伝搬方向に対して８°以上傾斜させる。これにより、反射光が光導波路内に戻らないようにすることができる。

（光ファイバ固定工程Ｓ６）
図１０（ａ）は上述の基板分断工程Ｓ５によって形成された導波路ブロック１１と光ファイバ固定ブロック１２を示し、図１０（ｂ）は光ファイバ固定工程Ｓ６を示す。図１０（ｂ）に示すように、光ファイバ案内溝３１に光ファイバＦのクラッドを露出させた光ファイバ（例えば、直径１２５μｍφ）を配置し、接着用樹脂を滴下し、上部から押え板Ｇ（図示省略、図１１参照）を押し当て、接着樹脂を硬化させる。使用する接着用樹脂は、例えば、紫外線硬化性エポキシ樹脂であり、硬化には、紫外線１００ｍＷ／ｃｍ^２、１分の照射を行う。その後、光ファイバ固定ブロック１２と光ファイバＦの端面を、回転式の湿式研磨機を用いて、＃１５００の研磨紙まで研磨し、その後、粒径０．２μｍのＳｉＯ_２の砥粒でバフ研磨を行う。

（ブロック接合工程Ｓ７）
図１０（ｃ）はブロック接合工程Ｓ７を示す。上述のｙ方向の分断によって形成された面（基準面２０）を揃えることによってブロック接合が行われる。基準面２０と成形用基板２の下面からなる基準面の２つの基準面を用いることにより、光ファイバＦの光軸と導波路コア３３の光軸を精度良く、かつ、容易に一致させることができる。各ブロック１１，１２は、同一基板上から切り出されているので、これらのブロックを平面上に置くだけ高さ方向の位置合わせができる。水平方向の位置合わせは、基板分断工程Ｓ５で形成した基準面２０を垂直面に当接させるだけで行える。

各ブロックの位置合わせを行った後、接合面に紫外線硬化性接着剤を塗布し、紫外線照射によりブロック接合を行い、光導波路コア３３と光ファイバＦの光結合を可能とする。接合に使用した接着剤は、光ファイバ固定工程Ｓ６で使用した光硬化性エポキシ接着剤を用いることができ、硬化条件も同一である。以上に述べた工程Ｓ１〜Ｓ７により、光導波路コア３３に光ファイバＦが接続されてなる光導波路モジュール１が得られる。以下において、本発明の製造方法における個々の実施例を説明する。

図１１、図１２、図１３は光ファイバ固定工程Ｓ６において、光ファイバＦの上面に押え板Ｇを設ける例を示す。図１１に示す例は、光ファイバＦを光ファイバ案内溝３１に配置し、その後、接着剤５を塗布し、光ファイバＦ上面に平板ガラスからなる押え板Ｇを配置したものである。この押え板Ｇは、パイレックス（登録商標）ガラスであり、板厚１ｍｍである。接着剤５は、アクリレート系の紫外線硬化性接着剤である。接着剤５の硬化は、紫外線を光ファイバＦ上面のパイレックスガラスからなる押え板Ｇを透過させて接着剤に照射して硬化させることができる。また、接着剤５は、硬化時に収縮を伴って硬化するので、光ファイバＦは、矢印５１で示すような引張応力を受ける。光ファイバＦに作用する応力が光ファイバ中心においてゼロでない場合、光ファイバＦの位置がずれてしまう。そこで、図１１に示す光ファイバ案内溝３１は、光ファイバＦの中心位置での応力を互いに打ち消すように断面内で、光ファイバＦの周囲の接着剤５の体積が一定になるように、光ファイバ案内溝３１の深さを設定して形成されている。

また、図１２に示す押え板Ｇは、光ファイバＦ間に突出する凸部Ｇ１を有している。この凸部Ｇ１は、接着剤５の量が、光ファイバＦの下部よりも上部で多くなるのを防止して光ファイバＦの周囲の接着剤５の量を適正化している。

また、図１３における押え板Ｇは、光ファイバＦに対向する側に凹部Ｇ２が形成されている。言い換えれば、押え板Ｇは、光ファイバ案内溝３１の上面から突出した光ファイバＦの両側に垂下部を有し、その垂下部によって、接着剤５の流出や無駄な接着剤厚みを抑制している。なお、凹部Ｇ２の形状は、ガラスにブラスト加工を行うことにより形成される。図１２や図１３に示す押え板Ｇは、接着層の厚みを制御することができる。

次に、図１４乃至図１８を参照して、光ファイバＦのピッチｐに関連する光ファイバ案内溝３１とコア溝３２の上下方向の位置関係を説明する。ここで、上下方向とは成形用基板２に垂直な方向、言い換えれば、クラッド３の厚み方向のことである。光導波路モジュール１の設計製造において、光ファイバ案内溝３１に実装される光ファイバＦの中心位置とコア溝３２の中心位置は、図１４に示すように、常に一致されるが、光ファイバ案内溝上面３１ａとコア溝上面３２ａとは、互いに段差ｈを有するように形成されることがある。このような段差ｈは、例えば、光ファイバＦの直径Ｄに対し、光ファイバＦの配列ピッチｐが狭くなり、ｐ＜Ｄ＋１０（単位μｍ）、となる状況において設けられる。これを順次説明する。

光ファイバＦの配列ピッチｐが光ファイバＦの直径より充分大きい場合は、図１５、図１６に示すように、光ファイバ案内溝上面３１ａとコア溝上面３２ａとは、略同一平面に形成できるので段差は発生しない。

光ファイバＦの配列ピッチｐが狭くなった場合において、光ファイバＦの中心と光ファイバ案内溝上面３１ａとは略同じ（光ファイバ案内溝上面３１ａとコア溝上面３２ａ（不図示）との段差を設けない）構造とすると、図１７（ａ）に示すようになる。この図において、光ファイバ案内溝３１はＶ字型溝の形状から外れて、その側壁の傾斜は成形用基板２に対して略垂直となっており、光ファイバＦの高精度の位置決めが困難な構造となっている。この傾斜を緩めようとすると、光ファイバＦ間における光ファイバ案内溝上面３ａの位置を下げる必要がある。

図１７（ｂ）に示す光ファイバ案内溝３１は、上述の光ファイバＦ間における光ファイバ案内溝上面３ａの位置を下げて、緩やかな傾斜（例えば、異方性エッチングによる５４．７゜）の側壁としている。このような構造の光ファイバ案内溝３１を形成する場合、通常の製造方法では、光ファイバＦの間、及び両端の光ファイバＦの外側近傍のみの高さを下げて、他の部分は光ファイバＦの中心高さとする、ということはできない。従って、光ファイバＦに挟まれた空間における光ファイバ案内溝上面３ａの位置を下げるということは、光ファイバ案内溝上面３１ａの全体の位置を下げることになり、結局、段差ｈを設けることになる。段差ｈを設けることにより、光ファイバＦの配列ピッチｐが狭い場合においても、傾斜面を有する光ファイバ案内溝３１を形成でき、安定して光ファイバＦを位置決めして実装可能な光ファイバ案内溝３１を形成できる。

ところで、光ファイバＦの配列ピッチｐが狭くなった場合に、上述の光ファイバＦ間における光ファイバ案内溝上面３ａの位置を下げて（つまり、段差ｈを設けて）、光ファイバ案内溝３１を形成することにより安定して光ファイバＦを位置決め可能となるが、段差ｈが生じた分、導波路部分のクラッド材が厚くなる。

上述の段差が発生する場合、クラッド基板形成工程Ｓ８時に、型４による押し付けの前に、成形用基板２のコア溝３２が形成される部位、言い換えると、導波路ブロックとなる部位に所定の一様厚さに樹脂層を付加して基板表面よりも所定の高さ持ち上がった面を設けることにより予め段差を形成する。このように、コア溝を形成する部分に予め段差を設けておくことにより、高価なクラッド材を節約できる。つまり、段差形成用の樹脂は、クラッド材とは別途に選択でき、安定で最適な材料を選択して、熱応力による光導波路モジュール１の破損などを避けることができる。

図１８は、光ファイバ案内溝上面３１ａとコア溝上面３２ａとが互いに段差ｈを有するクラッド基板の例を示す。成形用基板２は、コア溝３２が形成される領域に、予め段差形成樹脂層３０が形成されている。このようなクラッド基板の形成は、例えば、次のようにして行われる。成形用基板２に、段差形成樹脂層３０となるクラッド材を塗布し、スピンコータで均一な厚みにする。その後、導波路が形成される部分のみクラッド材料を硬化させる。クラッド材が光硬化性材料の場合は、光導波路部分のみに光を照射すればよい。その後、現像することにより、段差部分が残されて形成される。従って、この樹脂層３０の厚さ分だけ、クラッド３の厚みを薄くできる。

段差形成樹脂層３０は、上述のように、クラッド材料と同一にする必要がなく、クラッド材料より安価なものを用いてもよい。このように、段差部分を分けて作製すると、段差部分の高さ精度がより高精度になり、光ファイバ位置合わせ精度がより高精度になる。段差ｈ部分が大きい場合に、段差形成樹脂層３０を用いることなく、クラッド３により一体でクラッド基板を作製すると、樹脂の収縮の影響を受けやすくなり、位置精度の確保が困難となるが、段差形成樹脂層３０を用いることにより、このような影響を低減できる。具体的な数値例を示すと、例えば、直径Ｄ＝１２５μｍφの光ファイバＦを使用し、ピッチｐ＝１２７μｍで、光ファイバＦを実装する場合、２５μｍの段差を形成する。

次に、図１９，図２０を参照して、型４を成形用基板２に当接するまで押し当ててクラッド基板を形成する例を説明する。型４の案内溝用凸部４２の高さｄ１と、成形用基板２の凹部２１の深さｄ２との間に、ｄ１＜ｄ２、の関係があるとき、型４を成形用基板２に当接させて、光ファイバ案内溝３１や光導波路が形成されない部分のクラッド３の厚みを極力小さくする。型４を成形用基板２に押し付けて当接させる際に、押し付け圧力Ｒをセンサ等で検知し、成形中の型４に対する加圧力を制御する。

上述の、押し付け圧力Ｒと成形時間ｔとの関係は、例えば、ホットエンボスによる成形において、図２０に示すようになる。型４がクラッド材に接触しない初期段階では、圧力Ｒはゼロであり、クラッド材に接触してから圧力Ｒが増加する。型４と成形用基板２が接触すると、圧力Ｒは、急激に増加する。この急激な圧力Ｒの増加により、型４と成形用基板２が接触したことを検知し、この状態で一定時間保持したのち、型４を開放して引き離す。このようなクラッド基板形成方法によると、ファイバ案内溝３１と導波路部以外の部分では、クラッド厚を略ゼロとすることができ、余分なクラッド材を使用することなく、高精度に光ファイバ案内溝３１を形成することができる。

次に、図２１、図２２、図２３を参照して、コア溝３２へのコア材の充填を効率良く行うためのクラッド基板の構造を説明する。図２１に示すクラッド基板は、コア溝３２と光ファイバ案内溝３１との間にクラッド３により形成された突起３ｂを備えている。この突起３ｂは、導波路形成工程Ｓ４においてコア溝３２にコア材を充填する際に、コア溝３２からファイバ案内溝３１にコア材が流れ込まないように機能する。突起３ｂは、型４に、このような突起３ｂを形成する構造（コア用凸部４１と案内溝用凸部４２の間における凹部構造）を作り込んでおくことにより、容易に形成できる。そして、導波路形成工程Ｓ４の後の基板分断工程Ｓ５において、クラッド基板は、突起３ｂを含めて切断領域ΔＸに沿って切断され、導波路を備えた導波路ブロック１１と光ファイバ案内溝３１を表面に備えた光ファイバ固定ブロック１２とされる。突起３ｂの寸法は、例えば、高さ１０μｍ程度、幅１０μｍである。また、この突起３ｂは、コア溝３２にコア材を充填した後、コア３３の上に上部クラッド３４を形成するため上部クラッド材を塗布するときに、クラッド材の流れ出しの防止や上部クラッド３４の厚みの確保のために有効である。

また、図２２に示すクラッド基板は、クラッド基板形成工程Ｓ３の後であって、コア溝３２にコア材を充填する導波路形成工程Ｓ４の前に、ダム構造３２ｂが形成されている。このダム構造３２ｂは、コア溝３２からファイバ案内溝３１にコア材が流れ込まないようにするものであり、上述同様に基板分断工程Ｓ５において、ダム構造３２ｂを含む切断領域ΔＸとともに除去される。

また、図２３に示すクラッド基板は、クラッド基板形成工程Ｓ３において、隔壁３２ｃが形成されている。この隔壁３２ｃは、コア溝３２からファイバ案内溝３１にコア材が流れ込まないようにするものであり、上述同様に基板分断工程Ｓ５において、隔壁３２ｃを含む切断領域ΔＸとともに除去される。隔壁３２ｃは、型４に、このような隔壁３２ｃを形成する構造（コア用凸部４１と案内溝用凸部４２の間における間隙構造）を作り込んでおくことにより、容易に形成できる。隔壁３２ｃの寸法は、例えば、２０μｍの幅が設定される。

次に、図２４を参照して、導波路形成工程Ｓ４における上部クラッド３４の形成について説明する。図２４は、光ファイバ案内溝３１に配置した光ファイバＦの上面と、導波路部分の上部クラッド３４の上面３４ａが、光ファイバ案内溝上面３１ａから同じ高さＨとされた状態を示す。このような構造によると、光ファイバＦを固定するための押え板Ｇ（不図示、図１１参照）と、導波路上面に形成するカバーガラスと、を一体の同一材料とすることができ、これらを上部に備える際の工数削減ができる。

上述の構造は、上部クラッド３４の厚さを調整して構成でき、光ファイバＦが実装された状態において光ファイバＦ上部の高さと上部クラッド３４の高さを同じとすることができる。例えば、シリコンの異方性エッチングにより作製された光ファイバ案内溝３１は、光ファイバ案内溝３１の幅、例えばＷ＝１１８μｍで、光ファイバ直径Ｄ＝１２５μｍであれば、光導波路の下部のクラッド３厚、コア３３厚、上部クラッド３４厚の合計で、高さＨ＝８７．３μｍにすれば、光ファイバＦ上部と光導波路上部の高さが一致して、光ファイバＦを配置した後、一度に押え板Ｇとカバーガラスを兼ねたガラスを張り合わせることが可能となる。

次に、図２５、図２６、図２７を参照して、成形用基板２として表面が平らなままの平面基板を用いる例について説明する。図２５に示す型４は、案内溝用凸部４２の先端がとがっており、図２６と図２７に示す型４は、案内溝用凸部４２の先端が台形となっている。また、図２５、図２７では型４の案内溝用凸部４２の先端が平面基板２に当接してクラッド基板が形成され、図２６では型４が平面基板２に接触しない状態でクラッド基板が形成されている。そして、図２５、図２６、図２７におけるクラッド３の最大厚みｔ１，ｔ２，ｔ３の大小関係は、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３、となっている。これらのクラッド厚みは、前出の図１８により示した段差形成樹脂層３０を用いない限り、そのまま導波路部におけるクラッド厚となる。

そこで、よりクラッド厚みの薄くできる図２６や図２７に示すように、クラッド基板形成工程Ｓ３時に、光ファイバ案内溝３１となる案内溝用凸部４２が台形形状の断面からなる型４を用いると共に、凹部２１を設けた基板に替えて、表面が平らな平面基板２を用いて、型４を平面基板２に当接させてクラッド基板を形成することにより、型４と平面基板２の精密な面内位置合わせが不要で効率的に光導波路モジュール１を製造することができる。このように、図２６、図２７に示すような台形形状の断面からなる案内溝用凸部４２を備えた型４によれば、図２５に示すようなＶ字形状の光ファイバ案内溝３１を形成するΛ字形状の案内溝用凸部４２を備えた型４を用いる場合よりもクラッド基板製造に使用するクラッド材を節約できる。また、図２７に示すように、型４の案内溝用凸部４２の台形上面を平面基板２に当接させてクラッド基板を形成することにより、厚み方向の位置精度が容易に得られると共に、よりクラッド厚みの薄いクラッド基板が得られる。

上述のように、型４の案内溝用凸部４２の形状を変えて光ファイバ案内溝３１をＶ字形状から台形形状にすると、クラッド３の厚みを薄くすることが可能となり、成形用基板２に凹部２１を設けなくとも、平板のままでも、あまりクラッド材を消費することなくクラッド基板を形成できる。光ファイバ案内溝３１の深さは、例えば、Ｖ字形状の場合の８３μｍから、台形形状の場合の３５μｍ程度へと浅くできる。

次に、図２８（ａ）（ｂ）を参照して、型４を平面基板２に精度良く当接させる方法を説明する。この方法は、クラッド基板形成工程Ｓ３時に、平面基板２を弾性体６上に配置してクラッド基板を形成する方法である。弾性体６として、例えばシリコンゴムを用いることができる。この方法によれば、型４と基板２を当接させる際に、型４からの力の作用によって基板２が弾性体６上で自動的に姿勢制御されて型４に倣うようにでき、クラッド３の厚み方向の位置精度が容易に得られる。例えば、シリコン基板上に数十μｍの厚みのクラッド層を成形する場合に、型４と基板２の平行度が出ていないとクラッド厚みが不均一となり、熱履歴などによる応力負荷によってクラッド３に割れが発生したり、クラッド厚の変化による光伝搬特性への悪影響などの特性劣化の発生等を回避できる。

なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、成形用基板２として上面が平面のままである平面基板２を用いる場合、図１８において示した段差形成樹脂層３０を用いることができる。さらに、この段差形成樹脂層３０は、導波路形成部分だけでなく、光ファイバ案内溝３１の形成される領域の周囲にも形成することができる。これにより、高価なクラッド材を消費を抑えることができる。つまり、成形用基板２を加工して凹部２１を形成する代わりに、凹部２１に対応する領域の周囲の平面を段差形成樹脂層３０を用いて高くすることにより、周囲より低い凹部２１を形成することができる。

（ａ）は本発明の実施形態に係る光導波路モジュールの製造方法により製造された光導波路モジュールの斜視図、（ｂ）は同光導波路モジュールの断面図。 同上製造方法のフローチャート。 （ａ）は同上製造方法において用いられる型の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ１−Ａ１線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ１−Ｂ１線断面図。 （ａ）同上製造方法において用いられる型の斜視図、（ｂ）は（ａ）の一部詳細斜視図。 （ａ）は同上製造方法において用いられる成形用基板の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ２−Ａ２線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ２−Ｂ２線断面図。 （ａ）は図５（ｂ）に示す成形用基板に図３（ｂ）に示す型を対向させた状態の断面図、（ｂ）は図５（ｃ）に示す成形用基板に図３（ｃ）に示す型を対向させた状態の断面図。 （ａ）は同上製造方法のクラッド基板形成工程における基板へのクラッド材層形成の様子を示す斜視図、（ｂ）はクラッド材層が形成された基板の斜視図。 同上製造方法におけるクラッド基板形成工程においてクラッド材層が形成された基板に型を押し付ける様子を示す斜視図。 （ａ）は同上製造方法のクラッド基板形成工程で形成されたクラッド基板の斜視図、（ｂ）は（ａ）の一部詳細斜視図。 （ａ）は同上製造方法の基板分断工程で形成された導波路ブロックと光ファイバ固定ブロックの斜視図、（ｂ）は同製造方法の光ファイバ固定工程を示す斜視図、（ｃ）は同製造方法のブロック接合工程を示す斜視図。 同上製造方法における光ファイバ固定工程の例を説明する断面図。 同上製造方法における光ファイバ固定工程の他の例を説明する断面図。 同上製造方法における光ファイバ固定工程のさらに他の例を説明する断面図。 同上製造方法により製造されるクラッド基板における光ファイバ案内溝とコア溝の位置関係を説明する断面図。 同上製造方法により製造されるクラッド基板の他の例を光ファイバと共に示す断面図。 同上製造方法により製造されるクラッド基板の例を示す斜視図。 （ａ）（ｂ）は同上製造方法により製造される光ファイバ配列ピッチが狭い場合のクラッド基板の例を光ファイバと共に示す断面図。 同上製造方法により製造されるクラッド基板の例を示す斜視図。 （ａ）（ｂ）は同上製造方法におけるクラッド基板形成工程の他の例を説明する断面図。 同上製造方法のクラッド基板形成工程における成形時間に対する型の押しつけ圧力のグラフ。 同上製造方法により製造されるクラッド基板の他の例を示す断面図。 同上製造方法により製造されるクラッド基板のさらに他の例を示す斜視図。 同上製造方法により製造されるクラッド基板のさらに他の例を示す斜視図。 同上製造方法により製造されるクラッド基板における光ファイバ案内溝に光ファイバを配置した状態とクラッド基板に上部クラッドを形成した状態の断面図。 同上製造方法に用いられる型と成形用基板の例を示すクラッド基板形成工程における断面図。 同上製造方法に用いられる型の他の例と成形用基板の例を示すクラッド基板形成工程における断面図。 同上製造方法に用いられる型のさらに他の例と成形用基板の例を示すクラッド基板形成工程における断面図。 （ａ）（ｂ）は同上製造方法におけるクラッド基板形成工程のさらに他の例を示す断面図。

符号の説明

１ 光導波路モジュール
２ 成形用基板
３ コア
４ 型
６ 弾性体
１１ 導波路ブロック
１２ 光ファイバ固定ブロック
２１ 凹部
３０ 樹脂層
３１ 光ファイバ案内溝
３２ コア溝
３３ コア
３ｂ 突起
４１ コア用凸部
４２ 案内溝用凸部
３１ａ 光ファイバ案内溝上面
３２ａ コア溝上面
Ｆ 光ファイバ

Claims (6)

1. 光導波路に光ファイバが接続されてなる光導波路モジュールの製造方法において、
   複数の光ファイバ案内溝をまとめて形成するように設けた凹部を有する基板上にクラッド材層を設け、このクラッド層の上からコア溝となるコア用凸部と光ファイバ案内溝となる案内溝用凸部を備えた型を押し付けることにより当該基板上にコア溝と光ファイバ案内溝を形成するクラッド基板形成工程と、
   前記クラッド基板のコア溝にコア材を充填し硬化して導波路を形成する導波路形成工程と、
   前記光ファイバ案内溝に光ファイバを固定する光ファイバ固定工程と、を備えたことを特徴とする光導波路モジュールの製造方法。
2. 前記光ファイバ案内溝上面とコア溝上面とが互いに段差を有することを特徴とする請求項１に記載の光導波路モジュールの製造方法。
3. 前記クラッド基板形成工程時に、前記型による押し付けの前に、前記基板の前記コア溝が形成される部位に所定の一様厚さに樹脂層を付加して当該基板表面よりも所定の高さ持ち上がった面を設けることにより前記段差を形成するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の光導波路モジュールの製造方法。
4. 前記導波路形成工程においてコア溝にコア材を充填する際に当該コア溝から前記ファイバ案内溝にコア材が流れ込まないように両溝間に突起を設け、前記導波路形成工程の後に前記突起を含めて前記クラッド基板を切断して導波路を表面又は内部に備えた導波路ブロックと光ファイバ案内溝を表面に備えた光ファイバ固定ブロックとを形成することを特徴とする請求項１に記載の光導波路モジュールの製造方法。
5. 前記クラッド基板形成工程時に、光ファイバ案内溝となる案内溝用凸部が台形形状の断面からなる型を用いると共に、前記凹部を設けた基板に替えて、表面が平らな平面基板を用いて前記クラッド基板を形成することを特徴とする請求項１に記載の光導波路モジュールの製造方法。
6. 前記クラッド基板形成工程時に、前記平面基板を弾性体上に配置して前記クラッド基板を形成することを特徴とする請求項５に記載の光導波路モジュールの製造方法。
   

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