JP5055882B2 - 光導波路モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光情報通信に用いられる光導波路モジュールおよびその製造方法に関する。

情報化社会の進展は著しく、特に最近では動画をはじめとする大容量の情報が企業間だけでなく個人の間でも頻繁にやり取りされるようになり、更なる大容量の高速通信手段が求められている。
大容量高速通信を支える技術の一つに、光通信技術がある。光通信に用いられる素子としては、光ファイバをはじめとして、光スイッチ素子、光変調器やルーターなどの様々な光導波路素子がある。

近年、電気光学（Electro-optic、以下「ＥＯ」と略す）効果で導波光を制御する導波路型光素子の開発が盛んに行われるようになってきた。光導波路素子では、様々なタイプの導波路構造が検討されており、それと同様に様々な導波路形成の方法が報告されている。

従来、上記光導波路素子の光導波路の材料としては、大きなＥＯ効果を示すニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、ランタン添加のチタン酸ジルコン酸鉛（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３、「ＰＬＺＴ」と略す）などの無機系材料が広く用いられている。しかしながら、これらの材料は、高誘電率のため応答速度が遅く、そのため適用できる周波数帯域が限定されていた。また、作製方法が複雑であり、かつ高温の処理が必要であるなど、素子のコストが高く、適用できる範囲が限られていた。

一方、ポリマーは無機系材料に比べ誘電率が低く、マイクロ波との速度不整合の問題を大幅に改善できることに加えて、スピンコート法などにより容易に薄膜形成が可能であり、サイズの制限も受けない。また、微細加工、成型加工等の加工性にも優れることから、極めて安価に素子化ができるという大きな利点を有するため、光導波路材料として注目を集めている。

このような高分子光導波路素子は、下部クラッド層、導波路層、上部クラッド層となる高分子材料あるいは高分子前駆体化合物を、シリコン等からなる基板上に溶融または溶解させた状態で順次塗布、硬化させた後に、切断や研磨によって導波路端面を鏡面化することで作製される。また、導波路の形成は、フォトリソグラフィやエッチング等、周知の技術を組み合わせて行われる。特に、電気光学効果を始めとする非線形光学効果を利用するデバイスを作製する場合には、基板上や上部クラッド層の上に電極を配する。クラッド材料としては光あるいは熱硬化性の接着剤が、導波路層材料としては高分子化合物を有機溶剤に溶かした溶液が一般に用いられている。

ＥＯ効果を用いて光を制御する上記光導波路素子においては、光源からの入力光を、電気信号によって、変調あるいはスイッチを行い、これを外部に取り出して用いることが必要になる。このため、ウェハ状の基板に作製された、素子状に切断された後、光入出力用のファイバーが導波路の入出力端に固定され光学的に接続されるとともに、素子をモジュール筐体に固定し、電気信号の印加用に制御電極に配線されたボンディングパッドに、ワイヤボンディングやフリップチップ実装などの方法により、電気的に接続される必要がある。

従来、光導波路素子に形成される制御電極は、加工性の容易さから、素子の上部に形成された電極層に対してフォトマスクを用いてパターンニングを行った後、リフトオフあるいはエッチングにより形成されてきた。このため、電気接続用のボンディングパッドも導波路薄膜の上部に形成されることから、ワイヤボンディングを行う際の熱及び高周波により、有機材料により形成された導波路薄膜がダメージを受け、基板まで突き抜けてしまうという問題があった。

ワイヤボンディングを用いて、光導波路素子を電気的に接続する手段としては、基板の加熱による損傷を少なくすることを目的として、パッドに高周波電流を流してパッドをその表層から加熱して、この熱と圧着力によりワイヤをパッドに固着するようにしているので、基板が熱による損傷を受けにくくする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、ワイヤボンディングによる以外の電気接続の方法として、フリップチップ方式による方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
また、上記以外では、接続用のコネクタを用いて電気的に接続する方法も提案されている（例えば、特許文献３参照。）。

以上のような方法を用いることによっても、有機材料による光導波路素子の電気接続による問題の解決には至っていない。すなわち、ワイヤボンディングによる基板への損傷を低減するワイヤボンディング装置においても、ＬｉＮｂＯ_３をはじめとする無機光学結晶などの比較的硬くて脆い材料においては、素子の破壊を防ぐ手段として有効であっても、ポリマー材料のように柔らかく、熱に弱い材料においては、その効果はほとんど見られないのが実情である。また、フリップチップによる方法においては、半田バンプを高温で溶融する必要があることから、有機材料では耐熱性の問題があり用いることができない。さらに、接続コネクタを用いる方法では、高密度の配線は不可能であるばかりでなく、コネクタを実装するために素子の形状の加工が必要であり、コストアップにつながるという問題がある。また、コネクタによる接続は接触による接続インピーダンスの増加につながることから、高速の光制御を行う素子に対しては、適用が難しいと言う問題もある。

以上のように、有機導波路素子においては、さまざまな利点を有することにより、将来的な応用の可能性を期待されているにもかかわらず、その実装上の問題が解決されないことにより、実用に供されることが難しかった。
特開平５−９０３５５号公報 特開平６−１２０２２５号公報 特開平１０−２６０３８２号公報

本発明は、前記従来の問題点に鑑みなされたものであり、以下の目的を達成することを課題とする。すなわち、
本発明の目的は、ワイヤボンディングによる素子の損傷を回避することができる光導波路モジュールの製造方法、及び該製造方法により得られる光導波路モジュールを提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために、鋭意研究を進めた結果、上部電極上に制御電極と電気接続用の電極パッドを形成するのではなく、有機材料である下部クラッド材料を形成する前の段階で、基板上に制御電極とそれに接続する電気接続用の電極パッドを形成することにより、電極パッドに対してワイヤボンディングが可能であることを見出して、本発明に至った。すなわち、本発明は、
＜１＞ 基板上に、下部電極層を形成する工程、
該下部電極層上に有機材料を含む下部クラッド層を形成する工程、
前記下部電極層を形成後、下部クラッド層を形成するまでの間に、導波路層に対して電界を印加するための制御電極パターンおよび該制御電極パターンに接続する電気接続用のボンディングパッドを形成する工程、
前記下部クラッド層上に有機材料を含む導波路層を形成する工程、及び
前記導波路層の上部に有機材料を含む上部クラッド層を形成する工程、を少なくとも含み、且つ前記下部クラッド層、導波路層、および上部クラッド層を前記ボンディングパッドが露出するよう形成する光導波路素子作製工程と、
前記光導波路素子作製工程により作製した光導波路素子をモジュール筐体に固定し、該モジュール筐体の電極パッドと、前記ボンディングパッドとをワイヤボンディングにより結線する工程と、
を含むことを特徴とする光導波路モジュールの製造方法である。

＜２＞ さらに、上部クラッド層上にワイヤボンディングが施されない上部電極を形成する工程を含むことを特徴とする前記＜１＞に記載の光導波路モジュールの製造方法である。

＜３＞ 前記導波路層が、電気光学効果を有する導波路層であることを特徴とする前記＜１＞または＜２＞に記載の光導波路モジュールの製造方法である。

＜４＞ 導波路層を形成した後、パターンニングを行い、リッジ型の構造に加工することを特徴とする前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の光導波路モジュールの製造方法である。

＜５＞ 下部クラッド層を形成した後、パターンニングを行い、該下部クラッド層を加工してトレンチを形成する工程と、この上に、導波路層を形成することにより、逆リッジ型の構造を得ることを特徴とする前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の光導波路モジュールの製造方法である。

＜６＞ 基板上に、少なくとも、制御電極パターンと、有機材料を含む下部クラッド層と、有機材料を含む導波路層と、有機材料を含む上部クラッド層と、前記制御電極パターンに接続し且つ前記下部クラッド層、導波路層、および上部クラッド層に覆われずに露出する電気接続用のボンディングパッドとを少なくとも有する光導波路素子の前記ボンディングパッドと、モジュール筐体の電極パッドとがワイヤボンディングにより結線されていることを特徴とする光導波路モジュールである。

＜７＞ さらに、前記上部クラッド層上に、ワイヤボンディングが施されない上部電極を有することを特徴とする前記＜６＞に記載の光導波路モジュールである。

＜８＞ 前記導波路層が電気光学効果を有することを特徴とする前記＜６＞または＜７＞に記載の光導波路モジュールである。

＜９＞ 前記導波路層を加工して得られた導波路の構造が、リッジ型、あるいはトレンチが形成された逆リッジ型の構造であることを特徴とする前記＜６＞から＜８＞のいずれかに記載の光導波路モジュールである。

本発明によれば、ワイヤボンディングによる素子の損傷を回避することができる光導波路モジュールの製造方法、及び該製造方法により得られる光導波路モジュールを提供することができる。

［光導波路モジュール及びその製造方法］
本発明の光導波路モジュールは、基板上に、下部電極層を形成する工程、該下部電極層上に有機材料を含む下部クラッド層を形成する工程、前記下部電極層を形成後、下部クラッド層を形成するまでの間に、導波路層に対して電界を印加するための制御電極パターンおよび該制御電極パターンに接続する電気接続用のボンディングパッドを形成する工程、前記下部クラッド層上に有機材料を含む導波路層を形成する工程、及び前記導波路層の上部に有機材料を含む上部クラッド層を形成する工程、を少なくとも含み、且つ前記下部クラッド層、導波路層、および上部クラッド層を前記ボンディングパッドが露出するよう形成する光導波路素子作製工程と、前記光導波路素子作製工程により作製した光導波路素子をモジュール筐体に固定し、該モジュール筐体の電極パッドと、前記ボンディングパッドとをワイヤボンディングにより結線する工程と、を含むことを特徴としている。
また、本発明の光導波路モジュールは、基板上に、少なくとも、制御電極パターンと、有機材料を含む下部クラッド層と、有機材料を含む導波路層と、有機材料を含む上部クラッド層と、前記制御電極パターンに接続し且つ前記下部クラッド層、導波路層、および上部クラッド層に覆われずに露出する電気接続用のボンディングパッドとを少なくとも有する光導波路素子の前記ボンディングパッドと、モジュール筐体の電極パッドとがワイヤボンディングにより結線されていることを特徴としている。
以下に、本発明の光導波路モジュール及びその製造方法について順を追って説明する。

まず、本発明に係る光導波路素子の基本構成を図１に示す。図１は、本発明に係る光導波路素子の一例を光の入出力端面から見た概略断面図である。図１に示す光導波路素子１０は、基板１２上に、制御電極パターン１３、下部クラッド層１４、導波路層１６、上部クラッド層１８、及び上部電極２０を有する。また、基板１２上であって、下部クラッド層１４の両側に位置する制御電極パターンとして、ボンディングパッド２２が設けられており、このボンディングパッド２２は制御電極パターン１３と結線されている。
以下に、本発明の光導波路モジュールの製造方法について、順を追って説明する。

［光導波路素子作製工程］
まず、基板の表面に、下部電極層として金属材料を堆積する。上記基板としては、各種金属基板（アルミニウム、金、鉄、ニッケル、クロム、ステンレスなど）、各種半導体基板（シリコン、酸化シリコン、酸化チタン、酸化亜鉛、ガリウム−ヒ素など）、ガラス基板、プラスチック基板（ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアセテート、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリウレタン、ポリイミド、ポリスチレン、ポリアミドなど）、等を用いることができる。これらの基板は厚く剛直でもよいし、薄く柔軟でもよい。半導体基板、ガラス基板、プラスチック基板の表面には、下部電極層が形成される。

下部電極層の材料としては、Ａｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏなどの各種金属、各種酸化物（ＮＥＳＡ（酸化スズ）、酸化インジウム、ＩＴＯ（酸化スズ−酸化インジウム複合酸化物）や、各種有機導電体（ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリアセチレン）などが用いられる。
これらの下部電極層は、蒸着、スパッタリング、塗布や電解析出法などにより形成される。

下部電極層を形成後、後述する下部クラッド層を形成するまでの間に、導波路層に対して電界を印加するための制御電極パターンを形成する。制御電極パターンは、下部電極層に対し、例えば、リフトオフ法、エッチング、フォトリソグラフィー法などの処理を施すことによって形成することができる。なお、この制御電極パターンにはボンディングパッドを含ませることが好ましい。

下部電極層と後述する下部クラッド層との間、および上部クラッド層と上部電極との間には、必要に応じて他の層が形成されていてもよく、接着性を向上させるための接着層、表面の凹凸を平滑化するための下引層、あるいはこれらの機能を一括して提供する何らかの中間層、が形成されていてもよい。

このような層を形成する材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル、メタクリル、ポリアミド、塩化ビニル、酢酸ビニル、フェノール、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリイミド、塩化ビニリデン、ポリビニルアセタール、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ニトロセルロース、カゼイン、ゼラチン、ポリグルタミン酸、澱粉、スターチアセテート、アミノ澱粉、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ジルコニウムキレート化合物、チタニルキレート化合物、チタニルアルコキシド化合物、有機チタニル化合物、シランカップリング剤等の公知の材料を用いることができる。

前記導波路層と上下クラッド層の間には余計な層はなるべく形成しない方がよいが、素子の特性に影響のでない程度に、前記のような層をごく薄く形成してもよい。あるいは、下部クラッド層表面、導波路層表面に、市販の界面活性剤などを処理することにより、上層との接着性、コーティング時のぬれ性、成膜性などを改善できる場合がある。

本発明の光導波路モジュールにおいては、本来有する電気光学特性の機能に加えて、導波路である導波路層としての機能を兼有させるため、図１に示す各構成のように、導波路層と基板との間に下部クラッド層が形成される。

前記下部クラッド層としては、導波路層よりも屈折率の低い材料を堆積する。下部クラッド層に用いられる材料としては、導波路層の形成時にインターミキシングを起こさない材料が好ましく、一般的に知られている熱硬化型の架橋樹脂、紫外線硬化型の架橋樹脂、無機材料、導電性高分子、フッ素化ポリマーなどを用いることができる。

前記熱硬化型の架橋樹脂としては、例えばポリイミド、ポリウレタン、ポリベンゾシクロロブテン、ポリアミドなどが挙げられ、前記紫外線硬化型の架橋樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。

下部クラッド層を形成する手段としては、高分子材料であれば、スピンコート法、ディップ法などの一般的な溶液塗布方法が用いられる。また、無機材料であれば、電子ビーム蒸着法、フラッシュ蒸着法、イオン・プレーティング法、ＲＦ（高周波）−マグネトロン・スパッタリング法、ＤＣ（直流）−マグネトロン・スパッタリング法、イオン・ビーム・スパッタリング法、レーザー・アブレーション法、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル法）、ＣＶＤ（気相成長法）、プラズマＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ（有機気相成長法）などより選ばれる気相成長法、またはゾルゲル法、ＭＯＤ法などのウエット・プロセスによって作製が可能であるが、これらに限られるわけではない。

なお、下部クラッド層の膜厚は、利用する光の波長やモードなど、導波路設計指針に依存するが、１〜２０μｍ程度の範囲が好ましく、１．５〜１０．０μｍ程度の範囲とすることがより好ましい。下部クラッド層の膜厚が厚い場合には、導波路層にかかる実効電圧が低くなるため、充分なＥＯ効果が得られず、また、薄い場合には、下部電極による光吸収が増加するため、光損失が大きくなるという問題が生じる場合がある。

下部クラッド層を形成した後、非線形効果を付与したポリマー（非線形光学ポリマー）を積層し導波路層とする。導波路層は電気光学効果を有することが好ましい。リッジ型とする場合には、ドライエッチング法でリッジを形成する。ここで、非線形光学ポリマーとは、高分子マトリックス中に非線形光学特性を有する有機化合物を添加した有機非線形光学ポリマーや、高分子の主鎖あるいは側鎖に、非線形光学特性を有する構造（以下、「クロモフォア構造」という場合がある）を導入した主鎖型有機非線形光学ポリマーあるいは側鎖型有機非線形光学ポリマーなどをいう。

導波路層の材料としては、光導波路が形成可能なものであり、下部クラッド層よりも屈折率の高い材料であれば、本発明の意図を損なうものではないが、前記非線形光学ポリマーを用いることが好ましく、前記のように、高分子の側鎖または主鎖に、ポリマーに非線形性を付与する目的でクロモフォア構造を導入したものを用いることができる。

上記高分子材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリシラン、ポリベンゾシクロブテンなどを用いることができる。

前記クロモフォア構造は、公知のものであれば特に限定されないが、下記の構造式（１）で表されるものが好ましい。
Ｄ−Ｐ−Ａ ・・・ 構造式（１）
構造式（１）中、Ｄは、電子供与性を有する原子団、Ｐは結合部、Ａは電子吸引性を有する原子団、を表す。構造式（１）において、「Ｄ」で表される電子供与性を有する原子団としては、電子供与性を有するものであれば公知のものを用いることができるが、電子供与性置換基を有する、脂肪族不飽和結合、芳香環、ヘテロ芳香環、及びそれらの組み合わせからなるものであることが好ましい。前記電子供与性置換基としては、電子供与性を有するものであれば特に限定されないが、アルキル基、アルコキシ基、アミノ基、などが望ましい。なお、前記アルキル基の一部がアルコキシ基やフェニル基で置換されてもよく、前記アルコキシ基の一部がアルコキシ基やフェニル基で置換されてもよく、また、前記アミノ基の一部がアルキル基やアルコキシ基、あるいはフェニル基で置換されてもよい。

一方、「Ａ」で表される電子吸引性を有する原子団としては、電子吸引性を有するものであれば公知のものいずれでも良いが、電子吸引性置換基を導入した、脂肪族不飽和結合、芳香環、ヘテロ芳香環、及びそれらの組み合わせ、などの構造が望ましい。

前記電子吸引性置換基としては、ハロゲン原子、ハロゲン置換されたアルキル基、シアノ基、ニトロ基、カルボニル基、などが望ましい。

また、「Ｐ」で表される結合部は、「Ｄ」と「Ａ」とを共有結合で結ぶものであれば如何なるものであってもよいが、電子を非局在化しうる共役結合を持つものが望ましく、例えばπ共役系で「Ｄ」と「Ａ」とを結びつけるような構造を有するものが望ましい。具体的には、脂肪族不飽和結合、芳香環、ヘテロ芳香環、及びそれらが互いに結合したものなどが望ましい。

導波路層の形成は、前記クロモフォア構造を有する高分子材料、あるいはクロモフォア構造を有する有機化合物と高分子材料とを混合したものを、これらを溶解する溶剤に溶解しコーティング液を作製し、このコーティング液を前記下部クラッド層等の表面にコートすることにより行う。

導波路層のコーティングは、スピンコート、スプレーコート、ブレードコート、ディップコート、など公知の方法を用いて行うことができる。溶剤の除去は、送風乾燥機などで加熱乾燥しても良いし、減圧（真空）乾燥機などで乾燥してもよい。

導波路層の膜厚としては、ポリマー導波路の作用部に電界を効果的にかけるために、導波路層の膜厚は薄いほうが好ましく、５．０μｍ以下が好ましく、３．５μｍ以下がより好ましい。膜厚が５．０μｍより厚いと、ポリマー導波路の作用部への電界印加が大きくなり、目的の低駆動電圧を達成することが不可能となる場合がある。なお、導波路層の膜厚の下限は１．０μｍ程度である。

光導波路のリッジパターンとしては、直線型、Ｓ字型、Ｙ分岐型、Ｘ交差型、あるいはそれらの組み合わせの導波路パターンが挙げられる。リッジ幅とリッジ高さは、導波路の屈折率と膜厚との組み合わせにより異なるが、リッジ高さ（段差）は一般的には５０〜３０００ｎｍの範囲が好ましく、５００〜２０００ｎｍの範囲がより好ましい。段差が５０ｎｍに満たないと、十分な屈折率差が得られず光の閉じ込めができなくなる場合がある。３０００ｎｍを越えると、マルチモードとなって目的とする素子の機能を十分に発揮できなくなる場合がある。また、リッジ幅としては、１〜１５μｍの範囲が好ましく、３〜１０μｍの範囲がより好ましい。

さらにまた、予め、下部クラッド層を、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、湿式エッチング、フォトリソグラフィー、電子線リソグラフィー等の半導体プロセス技術を用いた公知の方法によりパターニングしておき、その上に導波路層を形成することによって、逆リッジ型導波路を形成することもできる。

以上のようなリッジ型、または逆リッジ型の構造をとることにより、上下クラッド層との屈折率差を大きく取ることが可能となる。従って、電極による吸収損失を抑制し、かつ素子の実効電界を強めることが可能となることから、駆動電圧の低減をはかることが可能となる。

リッジを形成した後、上部クラッド層として、導波路層よりも屈折率の低い材料で、導波路層を覆う。上部クラッド層に用いられる材料としては、上部クラッド層形成時に、導波路層とインターミキシングを起こさない材料が好ましく、前記下部クラッド層に用いた材料等を用いることができる。また、上部クラッド層を形成する手段としても、前記下部クラッド層の形成に用いた手段を同様に使用することができる。なお、上部クラッド層の膜厚としては、１〜２０μｍの範囲が好ましく、１．５〜１０．０μｍの範囲がより好ましい。

本発明のような光導波路素子の場合には、通常、前記導波路層の屈折率に比べ、クラッド層の屈折率を小さくする必要がある。導波路層とクラッド層との屈折率の差は、どのような素子として用いるかによって異なるが、例えば、シングルモードの導波路として用いる場合には、上記導波路層とクラッド層との屈折率の差は、０．０１〜３％の範囲であることが好ましい。

次いで、上部クラッド層の表面に、上部電極として金属材料を形成し、光導波路素子を形成する。上部電極の材料としては、前述の下部電極に用いた材料が同様に使用できる。
これらの制御用電極（下部電極、上部電極）は、公知の方法、例えば、ＤＣマグネトロン・スパッタリング法、電子ビーム蒸着法、電解メッキ法、フラッシュ蒸着法、イオン・プレーティング法、ＲＦマグネトロン・スパッタリング法、イオン・ビーム・スパッタリング法、レーザー・アブレーション法、ＭＢＥ法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ法などより選ばれる気相成長法、またはゾルゲル法、ＭＯＤ法などのウエット・プロセスによって、オーバークラッド層表面から薄膜成長を行うことができる。

上部電極を形成した後、必要に応じてポーリング処理を行う。ここで該ポーリング処理とは、成膜した後に、ガラス転移温度（Ｔｇ）以上に加熱した状態で電場を印加して配向処理することにより、前記非線形光学ポリマーの分極方向、あるいは、前記クロモフォアを有する非線形光学ポリマーのクロモフォア部分の分極方向、に配向させ、これを維持した状態で、Ｔｇ以下に温度を下げた後に電場を取り除く処理をいう。

このようなポーリング処理としては、電場の印加方法として、非線形光学ポリマーを２つ以上の電極で直接挟み込んで電場を印加する方法、非線形光学ポリマーと電極との間に液体などの媒体を介して電場を印加する方法、あるいは、コロナ放電により間接的な方法で非線形光学ポリマーに対して電場を印加する方法などが公知である。

ポーリング温度は、ガラス転移温度以上が好ましく、具体的には１００〜２００℃の範囲内に０．５〜１０時間程度保持することが望ましい。ポーリング温度を室温から最終的な温度まで段階的に上昇させる場合、各ステップの上昇温度は５〜５０℃程度の範囲、各ステップの時間は１０〜１２０分間程度が望ましく、それらは終始同じでも異なってもよい。連続的に上昇させる場合の昇温速度は、０．１〜２０℃／分程度とすることが望ましく、前記の段階的に温度を上昇させるステップと組み合わせてもよい。

前記コロナ放電法では、電極、グリッド、サンプル表面の位置関係はこの順であれば任意であるが、電極とサンプル表面との最短距離は５〜１００ｍｍ程度の範囲、グリッドとサンプル表面との最短距離は１〜３０ｍｍ程度の範囲とすることが好ましい。グリッドを使用することにより放電を安定化できる場合があり、さらにサンプル表面に必要以上のイオン流が流れ込むのを防止することができるため、表面へのダメージを低減する効果もあると考えられる。

ポーリングの際に電極やグリッドに印加する電圧は一定でもよいし、連続的あるいは段階的に変化させてもよく、温度上昇や下降のタイミングに合わせても合わせなくてもよい。例えば、コロナ電極に印加する電圧は１〜２０ｋＶ程度の範囲、グリッドを使用する場合のグリッド電圧は０．１〜２ｋＶ程度の範囲とするのが好ましい。

また、電極法の電極に印加する電圧としては、０．１〜２ｋＶ程度の範囲とするのが好ましい。電極の極性は正負どちらでもよいが、コロナ放電法の場合には、正電圧にした方がオゾンや窒素酸化物などの発生量が少なく、サンプルへのダメージを小さくすることが可能である。なお、温度を下げる工程まで含んだポーリングの総時間は、２４時間以内程度とすることが好ましい。また、上記ポーリング処理は、導波路層形成後に実施することも可能である。

以上の本発明に係る光導波路素子の製造方法を図面を参照して説明する。図２は、本発明に係る光導波路素子の製造方法における工程を模式的に示す図であり、図２では、基板１２上に、制御電極パターン１３、下部クラッド層１４、導波路層１６、上部クラッド層１８、及び上部電極２０をこの順に有する光導波路素子の製造方法を示す。なお、図２において、図１と同じ構成要素には同じ符合を付している。

先ず、基板１２を準備し（図２（Ａ））、該基板１２上に、下部電極層１３Ａを形成する（図２（Ｂ））。下部電極層１３に対してリフトオフ法などにより制御電極パターン以外の領域を除去し、制御電極パターン１３を形成する（図２（Ｃ）。次いで、制御電極パターン１３上に下部クラッド層１４を形成し（図２（Ｄ））、該下部クラッド層１４上に、導波路層材料の溶液を塗布し、導波路層１６を成膜する（図２（Ｅ））。次いで、導波層１６を、ドライエッチングなどにより加工し、リッジ部１６Ａを有するリッジ型の導波路部を形成する（図２（Ｆ））。さらに、導波層１６上に、上部クラッド層１８を形成する（図２（Ｇ））。最後に、上部クラッド層１８上の導波路層１６のリッジ部１６Ａが位置する上方に、上部電極２０を形成する（図２（Ｈ））。

上記の工程により作製された光導波路素子は、切断によりチップ状（素子状）に加工され、素子を完成する。切断にはダイサーなどが用いられる。なお、素子状とは、一般的には矩形状のことを指すが、光入出力端面での戻り光を低減することを目的として、菱形状、あるいは台形状に加工する場合も含まれる。

次いで、以上の光導波路作製工程により作製した光導波路素子を、モジュール筐体に固定し、モジュール筐体のパッドと、光導波路素子のボンディングパッドとをワイヤボンディングにより結線する。ワイヤボンディングは、半導体ICの電気実装に用いられる汎用の装置を用いることが可能であるが、素子に使用される有機材料の破壊および劣化を防止する必要から、ボンディング温度は２００℃以下で行うことが好ましい。
以上のように、本発明の光導波路デバイスの製造方法では、上部電極上に制御電極パターンとボンディングパッドを形成する従来の製造方法とは異なり、下部クラッド層を形成する前に制御電極パターン（ボンディングパッドを含む）を形成することで、ワイヤボンディングによる素子の損傷を防ぐことができる。

以下、発明の詳細を、実施例を挙げてさらに具体的に説明する。言うまでもなく、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
導波路層の材料として、下記構造式で表されるポリカーボネート樹脂を、ＴＨＦ１質量部とシクロヘキサノン４質量部とを混合した溶媒中に溶解し、１５質量％の樹脂溶液を調製した。次いで、この樹脂溶液中に、Ｄｉｓｐｅｒｓ Ｒｅｄ 1を固形分比として２０質量％となる量だけ添加して溶解し、導波路層用塗布液とした。

石英基板（直径：５０．８ｍｍ、厚さ：０．５ｍｍ）表面に、フォトリソグラフィーを用いて制御電極パターンを形成した後、スパッタ法によりＡｕを厚さ０．３μｍ成膜し、リフトオフ法により制御電極を形成した。次いで、この下部電極表面に、フッ素化ポリイミド原料（日立化成製、ＯＰＩ−Ｎ３４０５）を、スピンコート法により塗布した後、加熱によりイミド化しフッ素化ポリイミド膜として下部クラッド層を形成した。該下部クラッド層の膜厚は５．０μｍであった。

次いで、上記下部クラッド層の表面に、先に作製した導波路層用塗布液を滴下し、スピンコートにより製膜し、溶媒を乾燥して導波路層とした。該導波路層の膜厚は、２．４μｍであった。この導波路層に、フォトリソグラフィーを用いて、導波路パターンを作製した後、ドライエッチングにより、導波路として幅が４．１μｍで、０．８μｍの段差を有するリッジ型のチャネル導波路を作製した。

さらに、導波路を形成した前記導波路層の表面に、エポキシ樹脂をスピンコートにより塗布して上部クラッド層形成した。該上部クラッド層の膜厚は４.９μｍであった。次いで、フォトリソグラフィーを用いて、ボンディングパッドが形成された部分のみを除去できるようにパターンを形成し、ドライエッチングにより、有機層を除去してボンディングパッド部を露出させた。さらに、上部クラッド上に、上部電極として、駆動電極部と対向する部分の全面に対して、０.３μｍの金電極をスパッタにより形成した。

このようにして導波路素子を形成した石英基板を、ダイサーにより、５ｍｍ×２０ｍｍに切り出して光導波路素子とした。この光導波路素子を、電気接続用のパッド部を有するモジュール筐体に、接着剤を用いて固定した後、ワイヤボンダーを用いて、素子のボンディングパッドとモジュールのパッド間をワイヤボンディングにより、電気的に接続を行ったところ、配線ワイヤの切れや、未接続もなく、また、素子の破壊も起こらずにワイヤボンディングが行えた。さらに、モジュールを接地した状態で、ポーリング処理を施し、有機導波路素子モジュールを作製した。このモジュールを用いで、波長が１.５５μｍの半導体レーザを光源とする光変調評価装置により、モジュールの電極端子に対して電圧を印加して導波路素子の変調特性を評価したところ、半波長電圧（Ｖπ）は２４Ｖの結果が得られ、光変調素子モジュールとして機能することが確認された。

［比較例１］
石英基板上に、金の電極を全面にスパッタにより形成した後、実施例１と同様にして上部クラッド層形成し、次いで、上部クラッド層上に、フォトリソグラフィーを用いて制御電極パターンを形成した後、スパッタ法によりＡｕを厚さ０．３μｍ成膜し、リフトオフ法により制御電極を形成した。

このようにして導波路素子を形成した石英基板を、ダイサーにより、５ｍｍ×２０ｍｍに切り出して光導波路素子とした。この光導波路素子を、電気接続用のパッド部を有するモジュール筐体に、接着剤を用いて固定した後、ワイヤボンダーを用いて、素子のボンディングパッドとモジュールのパッド間をワイヤボンディングにより、電気的に接続を行嘔吐したところ、ボンディングパッドに接続ができなかっただけではなく、電極パッドを突き抜けてしまい素子が破壊されてしまい、モジュールを作製することができなかった。

本発明に係る光導波路素子の基本構成を示す模式断面図である。 光導波路素子作製工程を模式的に示す図である。

符号の説明

１０ 光導波路素子
１２ 基板
１３ 制御電極パターン
１４ 下部クラッド層
１６ 導波路層
１８ 上部クラッド層
２０ 上部電極
２２ ボンディングパッド

Claims (9)

1. 基板上に、下部電極層を形成する工程、
   該下部電極層上に有機材料を含む下部クラッド層を形成する工程、
   前記下部電極層を形成後、下部クラッド層を形成するまでの間に、導波路層に対して電界を印加するための制御電極パターンおよび該制御電極パターンに接続する電気接続用のボンディングパッドを形成する工程、
   前記下部クラッド層上に有機材料を含む導波路層を形成する工程、及び
   前記導波路層の上部に有機材料を含む上部クラッド層を形成する工程、を少なくとも含み、且つ前記下部クラッド層、導波路層、および上部クラッド層を前記ボンディングパッドが露出するよう形成する光導波路素子作製工程と、
   前記光導波路素子作製工程により作製した光導波路素子をモジュール筐体に固定し、該モジュール筐体の電極パッドと、前記ボンディングパッドとをワイヤボンディングにより結線する工程と、
   を含むことを特徴とする光導波路モジュールの製造方法。
2. さらに、上部クラッド層上にワイヤボンディングが施されない上部電極を形成する工程を含む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. 前記導波路層が、電気光学効果を有する導波路層であることを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路モジュールの製造方法。
4. 導波路層を形成した後、パターンニングを行い、リッジ型の構造に加工することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光導波路モジュールの製造方法。
5. 下部クラッド層を形成した後、パターンニングを行い、該下部クラッド層を加工してトレンチを形成する工程と、この上に、導波路層を形成することにより、逆リッジ型の構造を得ることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光導波路モジュールの製造方法。
6. 基板上に、少なくとも、制御電極パターンと、有機材料を含む下部クラッド層と、有機材料を含む導波路層と、有機材料を含む上部クラッド層と、前記制御電極パターンに接続し且つ前記下部クラッド層、導波路層、および上部クラッド層に覆われずに露出する電気接続用のボンディングパッドとを少なくとも有する光導波路素子の前記ボンディングパッドと、モジュール筐体の電極パッドとがワイヤボンディングにより結線されていることを特徴とする光導波路モジュール。
7. さらに、前記上部クラッド層上に、ワイヤボンディングが施されない上部電極を有することを特徴とする請求項６に記載の光導波路モジュール。
8. 前記導波路層が電気光学効果を有することを特徴とする請求項６または７に記載の光導波路モジュール。
9. 前記導波路層を加工して得られた導波路の構造が、リッジ型、あるいはトレンチが形成された逆リッジ型の構造であることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の光導波路モジュール。

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