JP5449041B2 - 光デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、基板上に光導波路と光素子とを正確に位置決め（調芯）して搭載する光デバイスの製造方法に関する。

近年、基板上に光導波路を形成するとともに、その光導波路に対してレーザ素子等の光素子を正確に位置決め（調芯）して搭載し、モジュール化した光デバイスが光通信や光情報処理などの分野、および最近ではレーザディスプレイ用としても使用されるようになっている。
このような光デバイスにおいては、光導波路と光素子間を位置決めする場合、サブミクロンレベルでの位置合わせ精度が必要となる。そのための調芯方法には、実際にレーザ素子等の光素子を発光させて、レンズ系で光導波路の一端に結合させ、その光導波路の他端からの出力光をモニタしながら調芯を行うアクティブアライメント法がある。

これに対して、同一基板上に光導波路と位置決め用のアライメントマークを形成し、そのアライメントマークを基準にして、光素子を発光させずに位置決めして搭載するパッシブアライメント法もある。
このパッシブアライメント法は、基板上への位置決め用のアライメントマークを高精度にパターニングするだけで、簡便に光導波路と光素子との接続ができるので、量産性に優れ、光通信用光送受モジュールや、ＳＨＧレーザモジュールなどの低コスト化技術として注目されている。
例えば、特許文献１には、このようなパッシブアライメント法による光デバイスである光導波路デバイスとその製造方法が開示されている。この特許文献１に記載の製造方法では、パターニングされた金属（クロム）膜をマスク２２として、コア層の端面を露出させると同時にアライメントマーカが形成される。

特開２００７−２８６３４０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の製造方法では、次のような問題がある。特許文献１に記載の製造方法では、プラズマＣＶＤによって成膜される第１の膜（下部クラッド層を形成する膜）の膜厚と、常圧ＣＶＤによって成膜される第２の膜（上部クラッド層を形成する膜）の膜厚とによってコア層と発光素子との相対高さが決定される。すなわち、コア層と発光素子の相対高さを調整するため、第１の膜の成膜及びパターニングと、第２の膜の成膜及びパターニングとをそれぞれ行う必要があり、工程が複雑になってしまう問題がある。

この発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、光デバイスの製造工程を簡略化し、且つ光導波路と光素子との位置決めを高精度で行えるようにすることを目的とする。

この発明による光デバイスの製造方法は上記の目的を達成するため、基板上に光導波性材料からなる第１の層を形成する第１の工程と第１の層上に金属材料からなる第２の層を
形成する第２の工程と、第２の層を、光導波路に応じた形状の第１の金属パターンと、位置決めマークに応じた形状の第２の金属パターンに加工する第３の工程と、第３の工程で加工された第２の層をマスクとして、第１の層を光導波路および位置決めマークのそれぞれに応じた形状にエッチング加工する第４の工程と、第４の工程の後、第１の金属パターンを除去する第５の工程と、位置決めマークに応じた形状の第２の金属パターンを用いて、光素子を基板に搭載する第６の工程とを有することを特徴とする。

上記第１の工程の前に、上記基板を第１の部分とその第１の部分より低い第２の部分とを有するように加工する基板加工工程を有し、上記第３の工程において、上記基板の第１の部分に応じた位置の上記第２の層を上記第１の金属パターンに加工し、第２の部分に応じた位置の上記第２の層を上記第１の金属パターン以外の金属パターンに加工するのが望ましい。
上記基板加工工程において、上記基板の第２の部分を、上記光素子の長さ寸法及び幅寸法よりいずれも小さい長さ寸法及び幅寸法を有し、上記第１の部分に囲まれた凹部として加工し、上記第６の工程において、上記光素子の下面を上記基板の第１の部分の上面に突き当てて高さ方向の位置決めを行うようにするとよい。

また、上記第３の工程において、上記第２の層を、光導波路に応じた形状の第１の金属パターンと、位置決めマークに応じた形状の第２の金属パターンと、接合部に応じた形状の第３の金属パターンとに加工し、上記第６の工程において、上記位置決めマークに応じた形状の第２の金属パターンと上記接合部に応じた形状の第３の金属パターンとを用いて、上記光素子を前記基板に搭載するようにしてもよい。

その場合、上記第３の工程と第６の工程との間に、上記第３の金属パターンをマイクロバンプ形状に加工するマイクロバンプ加工工程を有するとなおよい。
そのマイクロバンプ加工工程では、複数のマイクロバンプが上記第２の層の残存部によって全て導通するマイクロバンプ形状に上記第３の金属パターンを加工することができる。

上記第３の工程において、上記第３の金属パターンを接合部に応じたマイクロバンプ形状に加工するようにしてもよい。
上記第６の工程において、上記光素子側の接続部と上記基板側の第３の金属パターンとを表面活性化接合するのが望ましい。
上記第２の工程において、上記第２の層をＡｕで形成するとよい。

上記基板としてシリコン基板を使用し、上記第１の工程の前に、その基板上の全面にシリコン酸化膜を形成する工程を有するとよい。
上記第１の工程において、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）からなる第１の層を形成するとよい。
上記第６の工程において、上記光素子としてレーザ素子を上記基板に搭載することができる。

本発明によれば、パターニングされた金属材料からなる第２の層をマスクとして、光導波性材料からなる第１の層を光導波路および位置決めマークに応じた形状に同時にエッチング加工するので、光導波路と位置決めマークとを高い位置決め精度で形成することが可能となる。
また、本発明によれば、基板を加工して設けられた段差と、第１の層のそれぞれの高さによって光素子と光導波路との相対高さが調整される。すなわち、光素子と光導波路の相対高さを調整するための工程は、基板に段差を設ける工程と、第１の層を成膜及びパター
ニングする工程のみであり、第１の膜の成膜及びパターニングと、第２の膜の成膜及びパターニングとをそれぞれ行う必要がある従来技術と比較して、製造工程を簡略化することが可能となる。

この発明の製造方法の第１実施例によって製造する光デバイスの一例の基板側ブロックに光素子を搭載する前後の状態を示す斜視図である。 同じくその光デバイスの光素子を搭載する前の基板側ブロックの構成を示す平面図（ａ）およびそのＡ−Ａ線に沿う断面図（ｂ）である。 この発明による光デバイスの製造方法の第１実施例における各工程の一部を説明するための図２の（ｂ）と同様な断面図である。 同じくそれに続く工程を説明するための図３と同様な断面図である。 同じくその基板側ブロックに光素子を搭載する工程を説明するための正面図である。 この発明による光デバイスの製造方法の第２実施例における各工程の一部を説明するための図２の（ｂ）と同様な断面図である。 同じくそれに続く工程を説明するための図６と同様な断面図である。 同じくその基板側ブロックに光素子を搭載する工程を説明するための正面図である。 この発明の製造方法第３実施例よって製造する光デバイスの基板側ブロックの構成を示す平面図（ａ）およびそのＢ−Ｂ線に沿う断面図（ｂ）である。 この発明による光デバイスの製造方法の第３実施例における各工程の一部を説明するための図９の（ｂ）と同様な断面図である。 同じくそれに続く工程を説明するための図１０と同様な断面図である。 同じくその基板側ブロックに光素子を搭載する工程を説明するための図である。

以下、この発明を実施するための形態を図面に基づいて具体的に説明する。
〔製造する光デバイスの例〕
まず、この発明の製造方法で製造する光デバイスの一例を図１および図２によって説明する。

図１は、この発明の製造方法の第１実施例によって製造する光デバイスの基板側ブロックに光素子を搭載する前後の状態を示す斜視図であり、（ａ）光素子を搭載する直前の状態を、（ｂ）は光素子を搭載した状態を示している。
図２は、その光デバイスの一例の光素子を搭載する前の基板側ブロックの構成を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）において説明する各部の断面が全て現れるようにしたＡ−Ａ線に沿う断面図である。

この光デバイスは図１に示すように、基板側ブロック１と光素子２とからなり、基板側ブロック１は、平面形状が長方形の基板１１上の長手方向の一端部寄り（全長の１／３程度）の第１の部分１１ａに、幅方向の中央部に沿って短冊状に光導波路１２が形成されている。また、長手方向の残りの第２の部分１１ｂに幅方向の中央部に沿って平行に一対の短冊状の接合部１３，１３が形成され、その一方の接合部１３の光導波路１２に近い側の端部に隣接する位置と他方の接合部１３の光導波路１２から遠い側の端部に隣接する位置とにそれぞれ小円形の位置決めマーク（アライメントマークとも云う）１４ａ，１４ｂが形成されている。
なお、第２の部分１１ｂは第１の部分１１ａより幾分低くなっており段差を有するが、ごく僅かであるため、図２ではその境界線１５だけを示している。

一方、光素子２はこの例では平面形状が長方形で扁平なレーザ素子であり、長手方向の一端面（図１では光導波路に近い側の端面）２ａの幅方向の中央部下面寄りの位置に、図示を省略しているが発光点（又は光出力点）を有する。そして、下面の長手方向に沿って基板側ブロック１の一対の短冊状の接合部１３，１３および一対の位置決めマーク１４ａ，１４ｂとそれぞれ対応する一対の短冊状の接合部２３，２３および一対の小円形の位置決めマーク２４ａ，２４ｂが形成されている。

このように、基板１１上に光導波路１２とともに位置決めマーク１４ａ，１４ｂと接合部１３，１３を形成した基板側ブロック１上に、光素子２を図１の（ａ）に示す状態から（ｂ）に示すように、その下面の各位置決めマーク２４ａ，２４ｂを基板上の各位置決めマーク１４ａ，１４ｂと一致させるように位置決めし、各接合部２３を基板１１上の各接合部１３に密着させて接合すると、光デバイスが完成する。
それによって、光素子２の一端面２ａの発光点が、光導波路１２の光入力側の端面１２ａの中心と一致するように、サブミクロンレベルでの位置合わせ精度で光素子２を基板側ブロック１上に搭載することができる。

この接合部同士の接合は表面活性化接合法によるとよい。表面活性化接合技術は、金属等の物質表面を覆っている酸化膜、有機系の汚染膜、や塵（コンタミ）などの不活性層をプラズマ処理などで取り除いて活性化し、表面エネルギーの高い原子同士を接触させて、その原子間の凝着力を利用して低温で接合する技術である。

しかし、この技術を用いても、フラットな接合面同士の接合では１００〜１５０℃程度には加熱しないと接合できない。そのため、各接合部を金（Ａｕ）などの塑性変形し易い金属材料で形成し、その接合面の片側すなわち基板側の接合部の表面に多数のマイクロバンプ（微小な凸部）を形成することにより、常温での接合が可能になる。
Ａｕは電気伝導率も高いので電極としても好適であり、レーザ素子等の電極を有する光素子の電極をＡｕの接合部とし、基板側の電極を兼ねたＡｕの接合部と接合することによって、物理的にも電気的にも同時に接合することができる。

図２は、この実施例における光デバイスの基板側ブロック１を拡大した平面図（ａ）とそのＡ−Ａ線に沿う断面図（ｂ）とによって、より詳細に示している。
この基板側ブロック１の基板１１はシリコン（Ｓｉ）基板であり、図２で境界線１５の右側の光導波路１２を形成する第１の部分１１ａよりも、左側の接合部１３と位置決めマーク１４ａ，１４ｂを形成する第２の部分を低く（厚さを薄く）形成している。そして、その基板１１の段差を有する上面の全面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）１７を形成している。このシリコン酸化膜１７は、光導波路１２に対してはクラッド層の機能を果し、接合部１３に対しては絶縁膜の機能を果す。

光導波路１２は、その第１の部分１１ａのシリコン酸化膜１７上に光導波性材料であるシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で形成され、第２の部分１１ｂのシリコン酸化膜１７上の位置決めマーク１４ａ，１４ｂと接合部１３とを形成する部分にも、それらと同一平面形状のシリコン窒化膜によって、位置決めマーク１４ａ，１４ｂの台座１６ａ，１６ｂと接合部１３の台座１６ｃが形成されている。シリコン窒化膜は屈折率が２程度あるため、光を閉じ込める効果がある光導波性材料であり、且つ絶縁性も高いため絶縁膜として使用できる。そのため、光導波路１２と位置決めマーク１４ａ，１４ｂと接合部１３の各台座１６ａ，１６ｂ、１６ｃが全て同じシリコン窒化膜で形成されている。

そのシリコン窒化膜による小円形の台座１６ａ，１６ｂ上に位置決めマーク１４ａ，１４ｂが、長手方向に平行な一対の短冊状の台座１６ｃ，１６ｃ上に一対の接合部１３，１
３が、いずれも金（Ａｕ）等の金属材料で形成され、その各接合部１３の上面は多数のマイクロバンプ（微小な凸部）１３ａを有するマイクロバンプ形状に形成されている。

この基板側ブロック１の上面に図２の（ａ）に仮想線で示す位置に、光素子２を図１によって説明したように位置決めして搭載すれば光デバイスとなる。
この場合、基板側ブロック１の上の接合部１３の上面をマイクロバンプ形状にしているので、常温での接合が可能であり、光素子２の物理的な固定と、光素子２の電極と基板側ブロック１の電極との電気的な接続とが同時になされる。

〔第１実施例〕
この発明による光デバイスの製造方法の第１実施例の各工程を図３〜図５によって説明する。図３の（ａ）〜（ｅ）および図４の（ｆ）〜（ｊ）はその各工程を説明するための図であり、いずれも図２の（ｂ）と同様な断面図である。図５の（ｋ），（ｌ）はその基板側ブロックに光素子を搭載する工程を説明するための正面図であり、図１の（ａ），（ｂ）をそれぞれ右側から見た図に相当する。

まず、図３の（ａ）に示すようにシリコン（Ｓｉ）からなる基板１１を用意し、その光導波路を形成するための第１の部分１１ａと、それより幾分低い（厚さが薄い）第２の部分１１ｂとを形成する。この基板加工工程では、例えば基板１１における第１の部分１１ａとする領域の上面にのみレジスト膜を形成し、そのレジスト膜をマスクにして基板１１における第２の部分１１ｂとする領域を所定深さ（実装する素子にもよるが、例えば１~２μｍ）だけエッチング加工して低段部を形成し、その後レジスト膜を除去する。

次に図３の（ｂ）に示すように、その基板１１の段差を有する上面の全面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）１７を形成する。すなわち、シリコン基板を酸化してシリコン酸化膜を形成する方法、またはプラズマＣＶＤ法でシリコン酸化膜を形成する方法により、シリコン酸化膜１７を例えば０．５μｍの厚みに形成する。

その後、基板１１上のシリコン酸化膜１７上の全面に光導波性材料であるシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）からなる第１の層１８を形成する。これが第１の工程である。このシリコン窒化膜は、例えば、プラズマＣＶＤ法により約３μｍの厚みに形成する。
そして、その第１の層１８上に金属材料（好ましくはＡｕ）からなる第２の層１９を形成する。これが第２の工程である。この金属材料からなる第２の層１９は、例えば蒸着またはスパッタリングにより形成される。後述する第６の工程におけるマイクロバンプによる常温活性化接合の接合強度を考慮すると、膜面に微少な凹凸が形成される蒸着により第２の層１９を形成することが好ましい。

次に、図３の（ｃ），（ｄ）に示すように、第２の層１９を、前述した光導波路１２に応じた形状の第１の金属パターン１９ａと、位置決めマーク１４ａ，１４ｂに応じた形状の第２の金属パターン１９ｂとに加工するとともに、この実施例では接合部１３に応じた形状の第３の金属パターン１９ｃにも加工する。これが第３の工程である。
この工程では、まず図３の（ｃ）に示すように第２の層１９の上面全体にフォトレジスト３１を塗布して乾燥させ、その上にマスク板３２を位置決め配置する。

そのマスク板３２は、例えばガラス等の透明板上に、図３の（ｄ）に示す第１の金属パターン１９ａに対応する領域３２ａ、第２の金属パターン１９ｂに対応する領域３２ｂ、および第３の金属パターン１９ｃに対応する領域３２ｃにのみ、例えばクロム（Ｃｒ）によりパターンが形成されている。このマスク板３２を通してフォトレジスト３１に光を照射すると、マスク板３２のクロムのパターンが形成されていない領域に対応する部分だけが露光される。
それを現像液に浸けて現像するとフォトレジスト３１の露光された部分だけが溶解して除去され、第１の金属パターン１９ａ、第２の金属パターン１９ｂ、および第３の金属パターン１９ｃに対応する部分だけが残る。

その残ったパターンのフォトレジスト３１をエッチングマスクにしてドライエッッチングを行い、第２の層１９のフォトレジスト３１によって被覆されていない部分だけを選択的に除去した後、剥離剤によってフォトレジスト３１を除去する。
これによって、図３の（ｄ）に示すように、Ａｕ等の金属材料からなる第２の層１９による第１の金属パターン１９ａ、第２の金属パターン１９ｂ、および第３の金属パターン１９ｃが形成される。

なお、上述の説明ではフォトレジスト３１の露光された部分だけが現像液によって溶解されて除去される場合について説明したが（ポジ型レジスト）、これとは別に、露光されなかった部分だけが現像液によって溶解されて除去されるフォトレジスト（ネガ型レジスト）もあり、それをフォトレジスト３１として使用する場合には、マスク板３２は第１の金属パターン１９ａ、第２の金属パターン１９ｂ、および第３の金属パターン１９ｃに対応する部分以外の領域にクロムのパターンを形成すればよい。

次に、第３の工程で上述のように加工された第２の層１９をエッチングマスクとして、ＳｉＮ膜からなる第１の層１８に対してドライエッチングを行って、第１の層１８を図３の（ｅ）に示すように、第１の金属パターン１９ａに応じた形状の光導波路１２となる部分１８ａ、および位置決めマーク１４ａ，１４ｂとなる第２の金属パターン１９ｂに応じた形状の部分１８ｂと、この実施例では接合部１３となる第３の金属パターン１９ｃに応じた形状の部分１８ｃにも加工する。これが第４の工程である。

その後、図４の（ｆ）に示すように、基板１１上の第１の金属パターン１９ａ上を除く全面にフォトレジスト３３を塗布し（これもマスク板を用いたフォトリソ法によって形成する）、そのフォトレジスト３３をエッチングマスクとして第２の層１９に対してウェットエッチングを行って、フォトレジスト３３によって被覆されていない第１の金属パターン１９ａを除去する。そして、剥離剤によってフォトレジスト３３を除去すると、図４の（ｇ）に示すようになる。これが第５の工程である。

ここまでの工程で、基板側ブロック１が一応完成する。ここで、図４の（ｆ）における第２の層１９の第２の金属パターン１９ｂと第３の金属パターン１９ｃが、同図の（ｇ）における一対の位置決めマーク１４ａ，１４ｂと接合部１３となる。また、図４の（ｆ）における第１の層１８の部分１８ａが同図の（ｇ）における光導波路１２となり、同図の（ｆ）における第１の層１８の部分１８ｂと部分１８ｃが、同図の（ｇ）における位置決めマーク１４ａ，１４ｂの台座１６ａ，１６ｂと接合部１３の台座１６ｃとなっている。

この基板側ブロック１に、位置決めマーク１４ａ，１４ｂに応じた形状の第２の金属パターン１９ｂを用いて、図２に示した光素子２を位置合わせして搭載してもよい。しかし、この実施例ではその前に、接合部１３に応じた形状の第３の金属パターン１９ｃをマイクロバンプ形状に加工するマイクロバンプ加工工程を有する。

そのマイクロバンプ加工工程では、まず図４の（ｈ）に示すように基板１１上の全面にフォトレジスト３４を塗布して乾燥させ、その上にマスク板３５を位置決め配置する。
そのマスク板３５は、例えばガラス等の透明板上に、接合部１３に対応する領域を除く全ての領域と、接合部１３に対応する領域内のマイクロバンプとなる部分に対応する部分３５ａにクロムのパターンを形成する。したがって、このマスク板３５は、接合部１３に対応する領域内のマイクロバンプとなる部分に対応する部分３５ａ以外の部分だけが透明
である。

そして、このマスク板３５を通してフォトレジスト３４に光を照射すると、マスク板３５のクロムのパターンが形成されていない領域に対応する部分だけが露光される。
それを現像液に浸けて現像するとフォトレジスト３４の露光された部分だけが溶解して除去され、接合部１３以外の全領域上と、接合部１３におけるマイクロバンプとなる部分の上にはフォトレジスト３４が残る。

その残ったパターンのフォトレジスト３４をエッチングマスクにして、接合部１３（第３の金属パターン１９ｃ）に対してドライエッチングを行い、その金属膜（Ａｕ膜）のフォトレジスト３４に被覆されていない部分を選択的に厚さの半分程度までハーフエッチングして、図４の（ｉ）に示す状態にする。

その後、剥離剤によってフォトレジスト３４を除去すると、図４の（ｊ）に示すように接合部１３の表面に多数のマイクロバンプ１３ａが形成されている。その各マイクロバンプ１３ａは接合部１３の残存部（ハーフエッチングされた部分）によって全て導通されており、一体の電極として機能する。そのため、光素子２としてレーザ素子などの電極を有する素子を搭載する場合に適している。各マイクロバンプ１３ａは、例えば直径が８μｍ程度の円形で、高さが２μｍ程度である。

なお、上述の説明ではフォトレジスト３４の露光された部分だけが現像液によって溶解されて除去される場合について説明したが、露光されなかった部分だけが現像液によって溶解されて除去されるフォトレジストもあり、それをフォトレジスト３４として使用する場合には、マスク板３５は接合部１３に対応する領域内のマイクロバンプとなる部分に対応する部分以外の部分だけにクロムのパターンを形成すればよい。

このようにして完成した基板側ブロック１上に、第２の金属パターン１９ｂによって形成された位置決めマーク１４ａ，１４ｂを用いて、図５の（ｋ），（ｌ）に示すように光素子２を搭載する。これが第６の工程である。このとき、第３の金属パターン１９ｃによって形成された接合部１３に、光素子２を物理的および電気的に接合する。

そのため、基板側ブロック１の接合部１３および光素子２の接合部２３の表面に対して、プラズマ洗浄やイオンビームによるスパッタエッチングを行って、その表面の酸化膜、有機系の汚染膜やコンタミを除去して、結合手を持った原子が露出した活性状態にする。
そして、図５の（ｋ）に示すように、光素子２の下面の位置決めマーク２４ａ，２４ｂを、基板側ブロック１上の位置決めマーク１４ａ，１４ｂと一致させるように、光素子２を基板側ブロック１上で位置決めする。この位置決めは、例えば以下のように行われる。

光素子２の位置決めマーク２４ａ，２４ｂと、基板側ブロック１上の位置決めマーク１４ａ，１４ｂを、図示しない位置決め装置を用いて、例えば約３０μｍまで接近させた状態で、各位置決めマークをカメラで撮影した画像を確認する。各位置決めマークの撮影は、例えば赤外線が使用されるが、この場合、光素子２および基板１１は赤外線を透過する材料である必要がある。位置決めマークの形状は、例えば、一方を円形とすると、他方をその円形円を囲むドーナツ型の形状とする。この両方のマークを同時に観察して、それぞれのマークの円の中心を計算しで求め、そのお互いの位置を重ね合わせるように位置合わせすることのより、位置決めを行う。

その後、矢印で示すようにそのまま垂直に下降させて加圧し、同図の（ｌ）に示すように、基板側ブロック１上に搭載する。このとき、例えば、０．７５ｍｍ×８ｍｍの大きさの光素子２を搭載する場合には、約５０ｋｇｆを加圧する。

これによって、光素子２の端面２ａの発光点が、基板側ブロック１上の光導波路１２の光入力側の端面１２ａの中心に正確に位置決めされて光素子２が搭載され、基板側ブロック１の接合部１３の多数のマイクロバンプ１３ａと光素子２の接合部２３とが、表面活性化接合によって常温接合される。すなわち無加熱接合であるため、下記の利点を有する。ここで、「部品」とは、基板側ブロック１（特に光導波路１２）および光素子２である。

（１）熱膨張係数差の残留応力による部品破壊が発生しない。
（２）部品に対する熱ストレスがないので、部品の機能劣化が生じない。
（３）無加熱の固相接合であるため、実装時の位置ずれが生じない。
（４）他部品への熱の影響が生じない。
（５）原子の直接接合であるため、接合層の経時劣化が生じない。

光素子２がレーザ素子などの電極を有する素子の場合、その各接合部２３が各電極を兼ねており、その光素子２を基板側ブロック１上に搭載し、その各接合部２３が基板側ブロック１の各接合部１３の多数のマイクロバンプ１３ａとそれぞれ接合すると、光素子２と基板側ブロック１とが各接合部２３と各接合部１３を介して電気的にも接続される。これらの各接合部１３，２３は、いずれも塑性変形し易く電気伝導率が高い金（Ａｕ）で形成するのが望ましい。

〔第２実施例〕
次に、この発明による光デバイスの製造方法の第２実施例の各工程を図６〜図８によって説明する。図６の（ａ）〜（ｅ）および図７の（ｆ），（ｇ）はその各工程を説明するための図であり、いずれも図２の（ｂ）と同様な断面図である。図８の（ｈ），（ｉ）はその基板側ブロックに光素子を搭載する工程を説明するための正面図であり、図１の（ａ），（ｂ）をそれぞれ右側から見た図に相当する。

図６の（ａ）と（ｂ）は前述した第１実施例における図３の（ａ）と（ｂ）と同じであり、まず基板加工工程で、シリコン（Ｓｉ）からなる基板１１に光導波路を形成するための第１の部分１１ａに対して、それより幾分低い（厚さが例えば１〜２μｍ薄い）第２の部分１１ｂをエッチング加工によって形成する。そして、その基板１１の段差を有する上面の全面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）１７を、例えば０．５μｍの厚みで形成する。

その後、第１の工程で、基板１１上のシリコン酸化膜１７上の全面に光導波性材料であるシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）からなる第１の層１８を形成する。
そして、第２の工程で、その第１の層１８上に金属材料（好ましくはＡｕ）からなる第２の層１９を形成する。

次に、第３の工程で図６の（ｃ），（ｄ）に示すように、第２の層１９を、前述した光導波路１２に応じた形状の第１の金属パターン１９ａと、位置決めマーク１４ａ，１４ｂに応じた形状の第２の金属パターン１９ｂとに加工するとともに、この第２実施例では接合部１３′に応じたマイクロバンプ形状の第３の金属パターン１９ｃ′にも加工する。
この工程では、まず図６の（ｃ）に示すように第２の層１９の上面全体にフォトレジスト３１を塗布して乾燥させるまでは、前述した第１実施例と同じであるが、その上に位置決め配置するマスク板３６が第１実施例で使用したマスク板３２とは異なる。

そのマスク板３６は、例えばガラス等の透明板上に、図３の（ｄ）に示す第１の金属パターン１９ａに対応する領域３６ａ、第２の金属パターン１９ｂに対応する領域３６ｂ、およびマイクロバンプ形状の第３の金属パターン１９ｃ′を構成する各マイクロバンプに対応する部分３６ｃにのみ、クロムのパターンを形成する。そして、このマスク板３２を
通してフォトレジスト３１に光を照射すると、マスク板３６のクロムのパターンが形成されていない領域に対応する部分だけが露光される。

それを現像液に浸けて現像するとフォトレジスト３１の露光された部分だけが溶解して除去され、第１の金属パターン１９ａ、第２の金属パターン１９ｂ、およびマイクロバンプ形状の第３の金属パターン１９ｃ′を構成する各マイクロバンプに対応する部分だけが残る。

その残ったパターンのフォトレジスト３１をエッチングマスクにしてドライエッチングを行い、第２の層１９のフォトレジスト３１によって被覆されていない部分だけを選択的に除去した後、剥離剤によってフォトレジスト３１を除去する。
これによって、図６の（ｄ）に示すように、Ａｕ等の金属材料からなる第２の層１９による第１の金属パターン１９ａ、第２の金属パターン１９ｂ、およびマイクロバンプ形状の第３の金属パターン１９ｃ′が形成される。

なお、上述の説明ではフォトレジスト３１の露光された部分だけが現像液によって溶解されて除去される場合について説明したが、露光されなかった部分だけが現像液によって溶解されて除去されるフォトレジストもあり、それをフォトレジスト３１として使用する場合には、マスク板３６は第１の金属パターン１９ａ、第２の金属パターン１９ｂ、および第３の金属パターン１９ｃ′を構成する各マイクロバンプに対応する部分以外の領域にクロムのパターンを形成すればよい。

次に第４の工程で、第３の工程で上述のように加工された第２の層１９をエッチングマスクとして、ＳｉＮ膜からなる第１の層１８に対してドライエッチングを行って、第１の層１８を図６の（ｅ）に示すように、第１の金属パターン１９ａに応じた形状の光導波路１２となる部分１８ａ、および位置決めマーク１４ａ，１４ｂとなる第２の金属パターン１９ｂに応じた形状の部分１８ｂと、この実施例では接合部１３となる第３の金属パターン１９ｃに応じた形状の部分１８ｃにも加工する。

その後、第５の工程で図７の（ｆ）に示すように、基板１１上の第１の金属パターン１９ａ上を除く全面にフォトレジスト３７を塗布し（このフォトレジスト３７もマスク板を用いたフォトリソ法によって形成する）、そのフォトレジスト３７をエッチングマスクとして第２の層１９に対してドライエッチングを行って、フォトレジスト３３によって被覆されていない第１の金属パターン１９ａを除去する。そして、剥離剤によってフォトレジスト３３を除去すると、図７の（ｇ）に示すようになる。

以上の工程によって基板側ブロック１′が完成する。ここで、図７の（ｆ）における第２の層１９の第２の金属パターン１９ｂと第３の金属パターン１９ｃ′が、同図の（ｇ）における一対の位置決めマーク１４ａ，１４ｂとマイクロバンプ形状の接合部１３′となる。また、図７の（ｆ）における第１の層１８の部分１８ａが同図の（ｇ）における光導波路１２となり、同図の（ｆ）における第１の層１８の部分１８ｂと部分１８ｃ′が、同図の（ｇ）における位置決めマーク１４ａ，１４ｂの台座１６ａ，１６ｂと接合部１３′の各マイクロバンプ１３ａ′の台座１６ｃ′となっている。

このように、この第２実施例では第３の工程において、金属材料からなる第２の層１９から光導波路１２に応じた形状の第１の金属パターン１９ａと、位置決めマーク１４ａ，１４ｂに応じた形状の第２の金属パターン１９ｂとに加工する際に、多数のバンプ１３ａ′からなる接合部１３′になるマイクロバンプ形状の第３の金属パターン１９ｃ′を形成するので、第１実施例におけるマイクロバンプ加工工程が不要になり、製造工程が短縮される。

そして、第６の工程において、完成した基板側ブロック１′上に、位置決めマーク１４ａ，１４ｂを用いて図８の（ｈ），（ｉ）に示すように光素子２を搭載する。このとき、第３の金属パターン１９ｃ′によって形成された多数のバンプ１３ａ′からなる接合部１３に、光素子２を物理的に接合する。
そのため、基板側ブロック１′の接合部１３′および光素子２の接合部２３の表面に対して、プラズマ洗浄やイオンビームによるスパッタエッチングを行って、その表面の有機物系の汚染膜やコンタミを除去して、結合手を持った原子が露出した活性状態にする。

そして、図８の（ｈ）に示すように、光素子２の下面の位置決めマーク２４ａ，２４ｂを、基板側ブロック１′上の位置決めマーク１４ａ，１４ｂと一致させるように、光素子２を基板側ブロック１′上で位置決めし、矢示にようにそのまま垂直に下降させて、この例では約５０ｋｇｆ加圧し、同図の（ｉ）に示すように、基板側ブロック１′上に搭載する。

これによって、光素子２の端面２ａの光出力点が、基板側ブロック１′上の光導波路１２の光入力側の端面１２ａの中心に正確に位置決めされて光素子２が搭載され、基板側ブロック１′の接合部１３′を構成する多数のマイクロバンプ１３ａ′と光素子２の接合部２３とが、表面活性化接合によって常温接合される。その利点は前述したとおりである。

しかし、この第２実施例による基板側ブロック１′の接合部１３′を構成する多数のマイクロバンプ１３ａ′は互いに電気的に導通してはいないので、ＳＨＧ素子などの電極を有しない光素子を搭載する場合に適しており、レーザ素子などの電極を有する素子を搭載し、その電極を兼ねた接続部を基板側ブロックの接続部と電気的にも接続したい場合には適していない。

〔第３実施例〕
次に、この発明による光デバイスの製造方法の第３実施例を図９〜図１２によって説明する。
図９はこの発明の製造方法第３実施例で製造する光デバイスの基板側ブロックの構成を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）において説明する各部の断面が全て現れるようにしたＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

図１０（ａ）〜（ｅ）および図１１の（ｆ）〜（ｊ）はその各工程を説明するための図であり、いずれも図９の（ｂ）と同様な断面図である。図１２の（ｋ），（ｌ）はその基板側ブロックに光素子を搭載する工程を説明するための正面図であり、図１の（ａ），（ｂ）をそれぞれ右側から見た図に相当する。
これらの各図に示す各部は、図１〜図５によって説明した第１実施例における各部とその形状や寸法比等に相違があるが、説明の便宜上図１〜図５に示した各部と対応する部分には同一の符号を付している。

図９に示す光デバイスの基板側ブロック１において、その上に搭載する光素子２を仮想線で示しているが、基板１１の第１の部分１１ａより低い第２の部分１１ｂを、その光素子２の長さ寸法Ｌ及び幅寸法Ｗよりいずれも小さい長さ寸法ｘ及び幅寸法ｙを有し、第１の部分１１ａに囲まれた凹部として加工している点が第１実施例と異なっている。
そのように第２の部分１１として凹部を加工した基板の段差のある上面の全面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）１７を形成した状態で、凹部１７ａを示している。

そして、その第１の部分１１ａのシリコン酸化膜１７上に光導波性材料であるシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で光導波路１２が形成され、第２の部分１１ｂのシリコン酸化膜１７
上に位置決めマーク１４ａ，１４ｂと多数のマイクロバンプ１３ａを有する接合部１３とを形成している。

そして、この基板側ブロック１上に光素子２を搭載する際には、前述したように位置決めマーク１４ａ，１４ｂを用いて水平（平面）方向の位置合わせをすると共に、光素子２の下面を基板１の第１の部分１１ａの上面（この例ではシリコン酸化膜１７を介しているがその厚さは０．５μｍ程度である）に突き当てて、高さ方向の位置決めを行うことができる。したがって、光素子２を光導波路１２に対して高さ方向も高精度で位置決めすることができる。
その他の構成は、図１および図２によって説明した光デバイスと同様であるので、説明を省略する。

次に、この発明による光デバイスの製造方法の第３実施例の各工程を図１０〜図１２によって説明する。
図１０の（ａ）〜（ｅ）および図１１の（ｆ）〜（ｊ）はその各工程を説明するための図であり、第１実施例における図３の（ａ）〜（ｅ）および図４の（ｆ）〜（ｊ）の各工程と殆ど同じであるので、主にその相違点について説明する。

図１０の（ａ）は基板加工工程で、シリコン（Ｓｉ）からなる基板１１に光導波路を形成するための第１の部分１１ａに対して、それより幾分低い（厚さが例えば１〜２μｍ薄い）第２の部分１１ｂをエッチング加工によって形成する。
その第２の部分１１ｂは、前述したように搭載する光素子２長さ寸法及び幅寸法よりいずれも小さい長さ寸法及び幅寸法を有し、第１の部分１１ａに囲まれた凹部として加工される。

そして、その基板１１の段差を有する上面の全面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）１７を、例えば０．５μｍの厚みで形成する。１７ａはそのシリコン酸化膜１７を形成した凹部である。
その後、第１の工程で、基板１１上のシリコン酸化膜１７上の全面に光導波性材料であるシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）からなる第１の層１８を形成する。
そして、第２の工程で、その第１の層１８上に金属材料（好ましくはＡｕ）からなる第２の層１９を形成する。

次に、第３の工程で図１０の（ｃ），（ｄ）に示すように、第２の層１９を、前述した光導波路１２に応じた形状の第１の金属パターン１９ａと、位置決めマーク１４ａ，１４ｂに応じた形状の第２の金属パターン１９ｂとに加工するとともに、図９に示した接合部１３に応じた形状の第３の金属パターン１９ｃも加工する。
この工程も第１実施例における図３の（ｃ），（ｄ）で説明した工程と同様であるが、第１の金属パターン１９ａは、その先端を基板１の第１の部分１１ａ上における第２の部分１１ｂの凹部１７ａとの境界線から所定寸法ｄだけ離して形成する。金属パターン１９ｂと第３の金属パターン１９ｃは凹部１７ａ内に形成する

次に第４の工程で、上述のように加工された第２の層１９をエッチングマスクとして、ＳｉＮ膜からなる第１の層１８に対してドライエッチングを行って、第１の層１８を図１０の（ｅ）に示すように、第１の金属パターン１９ａに応じた形状の光導波路１２となる部分１８ａ、および位置決めマーク１４ａ，１４ｂとなる第２の金属パターン１９ｂに応じた形状の部分１８ｂと、接合部１３となる第３の金属パターン１９ｃに応じた形状の部分１８ｃに加工する。

その後第５の工程で、図４の（ｆ）に示すように、基板１１上の第１の金属パターン１
９ａ上を除く全面にフォトレジスト３３を塗布し、そのフォトレジスト３３をエッチングマスクとして第２の層１９に対してドライエッチングを行って、第１の金属パターン１９ａを除去する。そして、剥離剤によってフォトレジスト３３を除去すると、図４の（ｇ）に示すようになる。

さらに、図１１の（ｈ）〜（ｊ）に示すマイクロバンプ加工工程で、第１実施例における図４の（ｈ）〜（ｉ）で説明したマイクロバンプ加工工程と同様にして、接合部１３に応じた形状の第３の金属パターン１９ｃをマイクロバンプ形状に加工する。

このようにして完成した基板側ブロック１上に、第６の工程によって図１２の（ｋ），（ｌ）に示すように、光素子２を位置決めして搭載する。このとき，光素子２の位置決めマーク２４ａ，２４ｂと、基板側ブロック１上の位置決めマーク１４ａ，１４ｂの各中心の位置を互いに重ね合わせるようにして水平方向の位置合わせすることは、第１実施例と同様である。

また、この第３実施例では、図１２の（ｌ）に示すように、光素子２の下面を基板１の第１の部分１１ａの上面（この例ではシリコン酸化膜１７を介しているが、極めて薄いので実質的に第１の部分１１ａの上面に相当する）に突き当てて、高さ方向の位置決めを行う。したがって、光素子２を光導波路１２に対して高さ方向の位置決めを高精度で行うことができる。

この状態で、光素子２を基板側ブロック１に対して加圧（例えば５０ｋｇｆ）することにより、いずれも塑性変形し易く電気伝導率が高いＡｕなどの金属材料で形成されている、光素子２の接続部２３と基板側ブロック１上の接合部１３とが、表面活性化接合によって一体化して接合される。しかも、基板側ブロック１上の接合部１３には多数のマイクロバンプ１３ａが形成されているため表面活性化接合が容易になり、無加熱での接合すなわち常温接合がなされる。また、加圧によりマイクロバンプ１３ａが塑性変形して潰れ、光素子２がマイクロバンプ１３ａの潰れ量分沈み、光素子２の下面と基板１の第１の部分１１ａの上面とが突き当たって、高さ方向の位置決めがされる。この接続部２３と接合部１３との接続によって、光素子２と基板側ブロック１とが物理的に結合（固定）されるとともに、各接合部２３と各接合部１３を介して電気的にも接続される。

上述したように、各実施例の光デバイスの製造方法によれば、基板加工工程で基板１１を加工して設けられた段差と、第１の層１８のそれぞれの高さによって光素子２と光導波路１２との相対高さが調整される。すなわち、光素子２と光導波路１２の相対高さを調整するための工程は、基板に段差を設ける工程と、第１の層を成膜及びパターニングする工程のみであり、第１の膜の成膜及びパターニングと、第２の膜の成膜及びパターニングとをそれぞれ行う必要がある従来技術と比較して、製造工程を簡略化することが可能となる。

〔各実施例の変更例〕
上述した第１実施例と第３実施例では基板側ブロック１にそれぞれ多数のマイクロバンプを形成した２本の接合部１３，１３を長手方向に沿って互いに平行に設けたが、その接合部の数や形状および形成位置は、搭載する光素子側の接合部の数や形状および形成位置に合わせて適宜変更する。

なお、電極を有していない光素子を搭載する場合には、金属材料による第１の層１８から接合部１３や１３′を加工せずに、接着剤等によって光素子を基板側ブロック上に接着して固定するようにしてもよい。
また、基板１に段差を形成しない場合には、基板１上の第１の部分１１ａに相当する領
域を第２の部分１１ｂに相当する領域より段差に相当する分だけ高くするための層を形成するようにしてもよい。

上述した各実施例では、光デバイスを単個で製造する方法のように説明したが、基板の材料としてシリコンウェハのような大きな板材を使用して、多数個の基板側ブロックを同時に作製し、その各基板側ブロック上に光素子を搭載した後、単個の光デバイスに切り分けるようにしてもよい。あるいは、多数個の基板側ブロックを同時に作製した後、単個の基板側ブロックに切り分け、その各基板側ブロック上にそれぞれ光素子を搭載して各光デバイスを完成させるようにしてもよい。

基板材料としては、基本的に絶縁体基板や導電性基板を使用することが可能であるが、加工性を考慮するとシリコン基板が好ましい。加工性を考慮しない場合は、金属板、窒化アルミニウム板、ガラス板、石英板、樹脂板なども使用可能である。

光導波性材料としては、基本的には屈折率が高い材料が光を閉じ込める効果が大きいので光導波路の材料として使用可能である。シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）は屈折率が約２くらい有り、Ｇｅドープのシリコン酸化膜はシリコン酸化膜よりも屈折率を高めることができ、いずれも光を閉じ込める効果が大きく、絶縁膜としても使用可能であるので、光導波路および台座としても使用できる。

この発明は以上説明した各実施例およびその変更例に限るものではなく、特許請求の範囲の各請求項によって規定した範囲において、種々に変更し得ることは勿論である。

この発明は、光導波路とレーザ素子やＬＥＤ素子、あるいはＳＨＧ素子等の光素子を基板上にパッシブアライメント実装する各種の光デバイスを製造するのに適用することができる。

１，１′：基板側ブロック ２：光素子 ２a：発光点を有する端面
１１：基板 １１a：第１の部分 １１ｂ：第２の部分
１２：光導波路 １２ａ：光入力側の端面
１３，１３′：基板側ブロックの接合部 １３ａ，１３ａ′：マイクロバンプ
１４ａ，１４ｂ：基板側ブロックの位置決めマーク １５：境界線
１６ａ，１６ｂ：基板側ブロックの位置決めマークの台座
１６ｃ：基板側ブロックの接合部の台座 １７：シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）
１７ａ：凹部 １８：光導波性材料からなる第１の層
１９：金属材料からなる第２の層 １９ａ：第１の金属パターン
１９ｂ：第２の金属パターン １９ｃ，１９ｃ′：第３の金属パターン
２３：光素子の接合部 ２４ａ，２４ｂ：光素子の位置決めマーク
３１，３３，３４，３７：フォトレジスト ３２，３５，３６：マスク板

Claims (11)

1. 基板上に光導波性材料からなる第１の層を形成する第１の工程と、
   前記第１の層上に金属材料からなる第２の層を形成する第２の工程と、
   前記第２の層を、光導波路に応じた形状の第１の金属パターンと、位置決めマークに応じた形状の第２の金属パターンに加工する第３の工程と、
   前記第３の工程で加工された前記第２の層をマスクとして、前記第１の層を前記光導波路および前記位置決めマークのそれぞれに応じた形状にエッチング加工する第４の工程と、
   前記第４の工程の後、前記第１の金属パターンを除去する第５の工程と、
   前記位置決めマークに応じた形状の前記第２の金属パターンを用いて、光素子を前記基板に搭載する第６の工程とを備え、
   前記第１の工程の前に、前記基板を第１の部分と該第１の部分より低い第２の部分とを有するように加工する基板加工工程を有し、
   前記第３の工程において、前記基板の前記第１の部分に応じた位置の前記第２の層を前記第１の金属パターンに加工し、前記第２の部分に応じた位置の前記第２の層を前記第１の金属パターン以外の金属パターンに加工することを特徴とする光デバイスの製造方法。
2. 前記基板加工工程において、前記基板の第２の部分を、前記光素子の長さ寸法及び幅寸法よりいずれも小さい長さ寸法及び幅寸法を有し、前記第１の部分に囲まれた凹部として加工し、
   前記第６の工程において、前記光素子の下面を前記基板の前記第１の部分の上面に突き当てて高さ方向の位置決めを行うことを特徴とする請求項１に記載の光デバイスの製造方法。
3. 前記第３の工程において、前記第２の層を、前記第１の金属パターンおよび前記第２の金属パターンに加工するとともに、接合部に応じた形状の第３の金属パターンにも加工し、
   前記第４の工程において、前記第３の工程で加工された前記第２の層をマスクとして、前記第１の層を前記光導波路、前記位置決めマークおよび前記接合部のそれぞれに応じた形状にエッチング加工し、
   前記第６の工程において、前記第３の金属パターンに前記光素子を接合することを特徴とする請求項１又は２に記載の光デバイスの製造方法。
4. 前記第３の工程と前記第６の工程との間に、前記第３の金属パターンをマイクロバンプ形状に加工するマイクロバンプ加工工程を有することを特徴とする請求項３に記載の光デバイスの製造方法。
5. 前記マイクロバンプ加工工程では、複数のマイクロバンプが前記第２の層の残存部によって全て導通するマイクロバンプ形状に前記第３の金属パターンを加工することを特徴とする請求項４に記載の光デバイスの製造方法。
6. 前記第３の工程において、前記第３の金属パターンを接合部に応じたマイクロバンプ形状に加工することを特徴とする請求項３に記載の光デバイスの製造方法。
7. 前記第６の工程において、前記光素子側の接続部と前記基板側の前記第３の金属パターンとを表面活性化接合することを特徴とする請求項３から６のいずれか一項に記載の光デバイスの製造方法。
8. 前記第２の工程において、金（Ａｕ）からなる前記第２の層を形成することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の光デバイスの製造方法。
9. 前記基板がシリコン基板であり、前記第１の工程の前に、前記基板上の全面にシリコン酸化膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の光デバイスの製造方法。
10. 前記第１の工程において、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）からなる前記第１の層を形成することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の光デバイスの製造方法。
11. 前記第６の工程において、前記光素子としてレーザ素子を前記基板に搭載することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の光デバイスの製造方法。

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