KR100619214B1 - 광학 소자 실장용 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

종래에는, 주파수가 10㎓를 넘는 신호에서, 도 13의 형태 구조의 광학 소자 실장용 기판을 형성하는 것이 어렵다. 또한, 기판의 휘어짐이 발생하기 어렵고, 특히 온도 변동에 따라 기판의 휘어짐이 조장되기 어려운 구조의 광학 소자 실장용 기판을 얻는 것은 어렵다. 본 발명에서는, 실리콘 기판과, 상기 실리콘 기판에 있는 제1 유전체 기판과 제2 유전체 기판을 구비하고, 상기 제1 기판 위에 상기 레이저 다이오드의 설치부, 상기 배선, 상기 포토다이오드의 설치부를 구비하고, 상기 실리콘 기판에 상기 렌즈 또는 상기 광 파이버의 설치부를 구비하는 광학 소자 실장용 기판으로 한다.
주파수, 실리콘 기판, 렌즈, 광 파이버, 설치부

Description

광학 소자 실장용 기판 및 그 제조 방법{SUBSTRATE FOR MOUNTING OPTICAL DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
도 1은 본 발명의 제1 실시예인 광학 소자 실장용 기판의 사시도.
도 2는 도 1에 도시한 광학 소자 실장용 기판의 분해 사시도.
도 3은 실리콘 기판의 표면에 접합용 에칭 홈이 형성된, 도 1의 광학 소자 실장용 기판의 분해 사시도.
도 4는 제1 유리 기판이나 제2 유리 기판의 접합면에 접합용 유리 에칭 홈이 형성된 구성을 도시하는 분해 사시도.
도 5는 제1 유리 기판에 단차부를 형성한 구조의 광학 소자 실장용 기판을 도시하는 사시도.
도 6은 본 발명의 제3 실시예인 광학 소자 실장용 기판의 사시도.
도 7은 본 발명의 제4 실시예인 광학 소자 실장용 기판의 사시도.
도 8은 포토다이오드를 실장하는 제4 유리 기판의 실장 구성을 도시하는 사시도.
도 9는 도 1에 도시한 광학 소자 실장용 기판의 제조 프로세스를 도시하는 프로세스 흐름도.
도 10은 본 발명의 광학 소자 실장용 기판에 레이저 다이오드, 포토다이오 드, 볼 렌즈를 실장했을 때의 사시도.
도 11은 레이저 다이오드 모듈에 본 발명의 광학 소자 실장용 기판을 실장했을 때의 상면 모식도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 실리콘 기판
2 : 제1 유리 기판
3 : 제2 유리 기판
4 : 자연 산화막
5 : 에칭 홈
6 : 역피라미드 홈
7 : 유리 에칭 홈
8 : 질화 탄탈 박막 저항
9 : 산화 탄탈 박막 캐패시터
10 : 레이저 다이오드용 공통 박막 전극
11 : 레이저 다이오드용 AuSn 땜납 박막
12 : 포토다이오드용 제1 공통 박막 전극
13 : 포토다이오드용 제2 공통 박막 전극
14 : 포토다이오드용 박막 전극
15 : 포토다이오드용 제2 AuSn 땜납 박막
16 : 포토다이오드용 제3 AuSn 땜납 박막
17 : 포토다이오드용 제1 AuSn 땜납 박막
18 : 박막 온도 센서
19 : 접합용 에칭 홈
20 : 접합용 유리 에칭 홈
21 : 높이 조정 홈
22 : 제3 유리 기판
23 : 제4 유리 기판
24 : 베이스 기판
25 : 후막 레지스트 패턴
26 : 에칭 개구부
31 : 비구면 렌즈
32 : 레이저 다이오드
33 : 포토다이오드
34 : 와이어
35 : 패키지
36 : 콜리메이터 렌즈
37 : 페룰
38 : 광 파이버
39 : 커넥터
본 발명은, 광학 소자 실장용 기판에 관한 것이다.
종래, 레이저 다이오드나 포토다이오드로 이루어지는 광 반도체 소자와 광 파이버 또는 렌즈와의 광 결합을 행하는 광학 소자 실장용 기판으로서, 최대 전송 신호 주파수 10㎓ 고주파 신호 전송을 가능하게 하는 광학 소자 실장용 기판이 일본 특개2002-50821호 공보에 개시되어 있다.
<특허 문헌1>
일본 특개2002-50821 호 공보
그러나, 상기 종래예에서 개시된 광학 소자 실장용 기판에는 다음과 같은 점에서 충분하다고 할 수 없다. 고주파수의 신호, 예를 들면 주파수가 10㎓를 넘는 신호에서는, 전송 손실이 억제되는 것이 충분하다고는 할 수 없다. 최대 막 두께 10um의 유전체층(예를 들면, SiO2로 구성됨)에서는 두께가 불충분하기 때문에, 전송 손실을 억제한(예를 들면, 3㏈/㎝ 이하) 전송 선로 즉 박막 배선 패턴을 형성하는 것이 용이하지 않다. 또한, 실리콘 기판을 저항율 10000Ω·㎝ 이상으로 특수한 기판을 이용해야한다. 또한, 이 저항율을 달성하기 위해서는 비도핑의 실리콘 기판을 제조하려면, 그 값을 제어하는 것은 제조 방법상 곤란하다. 또한, 10000Ω·㎝ 이상으로 규정하는 것은 어렵다. 또한, 이러한 특수한 저항율의 기판을 이용하 기 위해, 생산성을 올리는 것이 곤란하여, 저비용화에도 대응하기 어렵다.
또한, 유전체층이 실리콘 기판의 전면에 성막되므로, 광 파이버용의 V홈 내부에도 대략 10um의 유전체층이 형성된다. 그 때문에, 이 유전체층은, 실리콘의 이방성 에칭에 의해 형성된 고정밀도의 V 홈의 형상 등 형성한 홈 정밀도를 저하시키기 쉽다. 그 결과, 광 파이버의 탑재 정밀도(패시브얼라인먼트 정밀도)를 높이는 것이 용이하지 않다.
따라서 본 발명은, 전술한 적어도 하나의 과제를 해결하는 광학 소자 실장용 기판을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서의 해결 수단은 다음과 같다.
렌즈 혹은 광 파이버 탑재부를 구비한 제1 기판과, 상기 제1 기판의 일 주면 위에 형성되고, 상기 렌즈 혹은 광 파이버에 광학적으로 연락하는 레이저 다이오드의 탑재부 및 상기 레이저 다이오드에 전기적으로 연락하는 연락부를 갖는 배선층을 구비한 제2 기판을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 실장용 기판이다.
이하의 구성을 갖는 것이 더 바람직하다.
(1) 렌즈 혹은 광 파이버 탑재부를 구비한 제1 기판과,
상기 제1 기판의 주면 위에 형성되고, 상기 렌즈 혹은 광 파이버에 광학적으로 연락하는 레이저 다이오드의 탑재부 및 상기 레이저 다이오드에 전기적으로 연락하는 연락부를 갖는 배선층을 구비하며, 상기 제1 기판보다 저항율이 높은 제2 기판을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 실장용 기판이다.
또, 상기 제2 기판은 제1 기판보다 전기 저항율이 높은 기판이어도 된다.
상기 제2 기판은 상기 제1 기판의 상기 렌즈 탑재부에 대응하는 영역에 개구부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
혹은, 상기 렌즈 탑재부 주위에 상기 제2 기판의 단부가 위치한다.
상기 제1 기판은 실리콘 기판이다. 상기 제2 기판은 유리 기판이다.
이들 형태에 의해, 전술한 적어도 하나의 과제를 해결하는 광학 소자 실장용 기판을 제공할 수 있다. 또한, 고주파수 신호에 대응할 수 있는 장치를 구성할 수 있다(예를 들면, 10㎓ 이상의 고주파 신호의 전송 손실을 억제·저감할 수 있음). 또한, 전송 손실이 실리콘 기판의 저항율에 의한 의존을 작게 할 수 있으며, 범용적인 실리콘 기판을 이용하는 것이 가능한 구조를 제공한다. 또는, 광 파이버나 렌즈를 탑재하기 위한 V 홈의 정밀도를 더 확보함과 동시에, 기판의 휘어짐이 발생하기 어려운 구조, 특히 온도 변동에 따른 기판의 휘어짐량의 증대를 억제하는, 즉 레이저 다이오드와 광 파이버와의 광 결합의 손실 증대를 억제하는 구조를 제공하는 것에 공헌할 수 있다.
(2) 렌즈 탑재부를 구비한 제1 기판과, 상기 제1 기판의 일 주면에 대향하여 형성되고, 레이저 다이오드의 탑재부 및 상기 레이저 다이오드에 연락하는 배선층을 구비한 제2 기판과, 상기 제1 기판의 상기 일 주면과 반대측의 주면에 대향하여 형성된 제3 기판을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 실장용 기판이다.
예를 들면 제1 기판에 형성되는 다른 기판이, 예를 들면 제1 기판의 한쪽면에만 형성되어 있는 경우와 비교하여, 온도 변동에 따라 기판의 휘어짐이 조장되는 것을 억제할 수 있다. 상기 다른 기판으로서는, 예를 들면 유전체 기판이다. 그 결과, 레이저 다이오드와 광 파이버를 전술한 기판에 탑재했을 때에는 광 결합에 어긋남을 발생시키는 것을 억제하여, 결합 손실이 커지는 것을 억제할 수 있다.
또한, 보다 바람직한 구체적 형태로서는, 렌즈 혹은 광 파이버의 탑재부를 구비한 제1 기판과, 상기 제1 기판의 일 주면에 대향하여 형성되고, 상기 렌즈 혹은 광 파이버에 광학적으로 연락하는 레이저 다이오드의 탑재부 및 상기 레이저 다이오드에의 연락부를 갖는 배선층을 구비하고, 상기 제1 기판보다 저항율이 높은 제2 기판과, 상기 제1 기판의 상기 일 주면과 반대측의 주면에 대향하여 형성되고, 상기 제1 기판보다 저항율이 높은 제3 기판을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 실장용 기판이다.
또한, 예를 들면, 상기 제2 기판의 선팽창 계수와 상기 제1 기판의 선팽창 계수의 차보다, 상기 제2 기판과 상기 제3 기판과의 선팽창 계수의 차가 더 작아져 있다.
또한, 예를 들면, 상기 제2 기판은 상기 제1 기판의 상기 렌즈 탑재부에 대응하는 영역에 개구부를 구비하는 것을 특징으로 한다. 혹은, 상기 렌즈 탑재부의 주위에 상기 제2 기판의 단부가 위치한다. 또한, 상기 제2 기판보다 상기 제3 기판이 더 면적이 크다.
또한, 예를 들면, 상기 제3 기판은 유리 기판이다. 한 형태로서는, 제2 기판과 제3 기판과는 동일한 재료로 이루어지는 유전체 기판일 수 있다.
후술하는 바와 같이, 제2 기판은, 혹은 제3 기판을 구비하고 있는 경우에는 제2 기판 혹은 제3 기판, 바람직하게는 제2 및 제3 기판은, 제1 기판보다 얇게 형성되는 것이 바람직하다. 혹은 다른 상황에서는, 제2 기판, 혹은 제3 기판을 구비하고 있는 경우에는 제2 기판 혹은 제3 기판, 바람직하게는 제2 및 제3 기판은, 제1 기판보다 두껍게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 제2 기판과 제1 기판과의 두께의 차보다, 제2 기판과 제3 기판과의 두께의 차가 더 작아지는 것이 바람직하다. 일례로서는, 측정 오차의 범위 내에서 동일한 경우도 생각할 수 있다.
또한, 예를 들면, 광학 소자 실장용 기판은, 레이저 다이오드에 전기적으로 접속되는 배선, 상기 레이저 다이오드와 광학적으로 접속되는 렌즈 또는 광 파이버의 설치부, 상기 레이저 다이오드와 광학적으로 접속되는 포토다이오드의 설치부, 상기 포토다이오드에 전기적으로 접속되는 배선을 설치하는 설치부를 갖는다. 예를 들면 실리콘 기판인 제1 기판과, 상기 제1 기판의 일 주면에 설치된 제2 기판과, 상기 제1 기판의 상기 일 주면의 이면에 설치된 제3 기판을 구비하고, 상기 제2 기판 위에 상기 레이저 다이오드의 설치부, 상기 배선, 상기 포토다이오드의 설치부를 구비하고, 상기 제1 기판에 상기 렌즈 또는 상기 광 파이버의 설치부를 구비한다.
또한, 예를 들면 상기 제1 기판의 상기 제2 기판측 표면에는 박막이 형성되어 있다. 예를 들면, 기판 성분이 주위의 산소와 결합하여 형성된 산화막이다. 또한, 예를 들면, 상기 제1 기판의 상기 제3 기판측 표면에 박막이 형성되어 있다. 이것도 전술한 산화막일 수 있다.
(3) 렌즈 탑재부를 구비한 제1 기판과,
상기 제1 기판의 일 주면 위의 제1 영역에 형성되고, 레이저 다이오드의 탑재부 및 상기 레이저 다이오드에 전기적으로 연락하는 제1 배선층을 구비하고, 상기 제1 기판보다 저항율이 높은 레이저 다이오드 탑재용 기판과,
상기 제1 기판의 상기 일 주면 위의 제2 영역에 형성되고, 포토다이오드의 탑재부 및 상기 포토다이오드에 전기적으로 연락하는 제2 배선층을 구비하고, 상기 제1 기판보다 저항율이 높은 포토다이오드 탑재용 기판을 구비한 것을 특징으로 하는 광학 소자 실장용 기판이다.
상기 렌즈 탑재부는, 혹은 광 파이버 탑재부일 수도 있다.
예를 들면, 상기 레이저 다이오드 탑재용 기판과 상기 포토다이오드 탑재용 기판은, 전술한 제2 기판에 대한 설명 중 적어도 몇개의 상태를 갖고 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 이들 기판은 상기 제1 기판보다 저항율이 높은 기판이다. 또한, 이들 기판이 동일한 주 구성 재료를 갖는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 제조 오차 혹은 측정 오차의 범위 내에서 동일한 성분으로 이루어진다.
(4) 레이저 다이오드의 탑재부 및 상기 레이저 다이오드에의 전기적인 연락부를 갖는 제1 배선층을 구비하고, 상기 제1 기판보다 저항율이 높은 레이저 다이오드 탑재용 기판과, 상기 레이저 다이오드 탑재용 기판의 상기 레이저 다이오드 탑재부가 형성된 면의 반대측면에 형성되고, 상기 레이저 다이오드에 광학적으로 연락하는 렌즈 혹은 광 파이버의 탑재부를 구비한 제1 기초 기판과,
포토다이오드의 탑재부 및 상기 포토다이오드에의 전기적인 연락부를 갖는 제2 배선층을 구비하고, 상기 제1 기판보다 저항율이 높은 포토다이오드 탑재용 기판과, 상기 포토다이오드 탑재용 기판의 상기 포토다이오드 탑재부가 형성된 면의 반대측면에 설치된 제2 기초 기판을 구비한 것을 특징으로 하는 광학 소자 실장용 기판이다.
(5) 전술한, 광학 소자 실장용 기판의 제조 방법은 이하의 공정을 포함한다.
제1 기판의 일 주면에 렌즈 혹은 광 파이버를 설치하는 영역에 홈을 형성하는 홈 형성 공정과,
상기 홈이 형성된 제1 기판의 상기 홈이 형성된 주면에 제2 기판을 접합하는 접합 공정과,
상기 제2 기판의 상기 접합된 주면과는 반대측의 주면에 레이저 다이오드에 전기적으로 연락하는 전극막과, 상기 전극막에 전기적으로 연락하여 외부로부터의 배선이 전기적으로 연락되는 배선층을 형성하는 도전막 형성 공정과,
상기 도전막 형성 공정에서 형성된 막을 레지스트로 피복하는 레지스트 형성 공정과,
상기 레지스트를 패터닝하여 제2 기판의 상기 홈 형성 영역에 대응하는 영역에 개구부를 형성하는 공정을 포함한다.
상기 개구부를 형성하는 것에 의해, 홈 영역을 피복한 제2 기판을 제거하여 상기 제1 기판보다 제2 기판의 면적을 좁히고 있다.
또는, 레이저 다이오드, 레이저 다이오드에 전기적으로 접속되는 배선, 상기 레이저 다이오드와 광학적으로 접속되는 렌즈 또는 광 파이버, 상기 레이저 다이오 드와 광학적으로 접속되는 포토다이오드, 상기 포토다이오드에 전기적으로 접속되는 배선을 설치하는 설치부를 갖는 광학 소자 실장용 기판의 제조 방법으로서, 실리콘 기판을 이방성 에칭에 의해 홈을 형성하는 공정과, 상기 실리콘 기판과 제1 기판 및 제2 기판을 접합하는 공정과, 상기 제1 기판 위에 레이저 다이오드 설치부와 배선과 포토다이오드 설치부를 형성하는 공정과, 상기 제1 기판의 일부를 에칭하여 상기 실리콘 기판에 형성된 상기 홈을 노출시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 광학 소자 실장용 기판을 이용하여 실장된 광학 소자는, 제1 기판과, 상기 제1 기판의 일 주면에 설치된 제2 기판과, 상기 제1 기판의 상기 일 주면의 이면에 설치된 제3 기판을 구비하고, 상기 제2 기판 위에는, 레이저 다이오드, 레이저 다이오드에 전기적으로 접속되는 배선, 상기 레이저 다이오드와 광학적으로 접속되는 포토다이오드, 상기 포토다이오드에 전기적으로 접속되는 배선을 갖고, 상기 제1 기판에는 상기 레이저 다이오드와 광학적으로 접속되는 렌즈 또는 광 파이버를 갖는다.
이들 광학 소자 실장용 기판에 의해, 적어도 상술한 과제 중 하나를 해결할 수 있다.
또는, 전송 신호가 고주파수(예를 들면 10㎓ 이상)인 경우라도, 손실을 억제한 전송 선로를 용이하게 형성할 수 있다.
또는, 범용적인 저항율의 실리콘 기판을 이용함으로써, 생산성이 높으므로, 제조 비용의 저감으로 연결된다.
또는, 렌즈 또는 광 파이버 설치용의 에칭 홈 내부에 두꺼운 유전막을 형성하지 않아도 되므로, 에칭 홈의 형상 정밀도를 높게 확보할 수 있어서, 에칭 홈에 탑재하는 렌즈 또는 광 파이버의 탑재 정밀도를 유지할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 또, 이하의 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 형태의 일 실시 형태를 기재한 것에 지나지 않는다. 본 발명은, 실시 형태로서 설명한 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예인 광학 소자 실장용 기판의 사시도이다. 광학 소자 실장용 기판은 제1 기판의 일례로서의 반도체 기판인 실리콘 기판(1)과, 상기 제1 기판의 일 주면측에 형성된 제2 기판의 일례로서의 제1 유리 기판(2)과, 상기 제1 기판의 상기 일 주면과는 반대측에 형성된 제3 기판의 일례로서의 제2 유리 기판(3)을 포함하여 구성된다. 실리콘 기판(1)은, 제1 유리 기판(2) 및 제2 유리 기판(3)보다도 두꺼운 기판인 예를 나타내었다. 또한, 제1 유리 기판(2)과 제2 유리 기판(3)과는 거의 동일한 두께의 유전체 기판이다. 제2 기판과 제1 기판과의 저항율의 차보다 제2 기판과 제3 기판과의 저항율의 차가 더 작다. 예를 들면, 제조 오차 혹은 측정 오차의 범위 내에서 동일한 재료의 유리로 이루어진다. 이들 유전체 기판은 반도체의 실리콘 기판(1)보다도 저항율(Ω/㎝)은 높은 절연성이 있는 기판일 수 있다. 또한, 예를 들면, 실리콘 기판(1)과 제1 유리 기판(2)은 산화막(4), 예를 들면 자연 산화막이나 열 산화막인 SiO2 박막을 개재하여 접합되어 있고, 실리콘 기판(1)과 제2 유리 기판(3)은 마찬가지로 산화막(4), 즉 SiO2 박막을 개재하여 접합되어 있다. 산화막(4)의 SiO2 박막 위에 제1 유리 기판(2)이나 제2 유리 기판(3)이 위치한다. 실리콘 기판(1)은 결정 면방위 {100}를 주 표면으로 한 단결정 실리콘 기판인 것이 바람직하다. 또한, 예를 들면, 그 표면에는 자연 산화막(4), 즉 SiO2 박막이 형성되어 있고, 일부에는 실리콘의 이방성 에칭에 의해 형성된 에칭 홈(5) 및 역피라미드 홈(6)이 형성되어 있다. 에칭 홈(5)의 근방의 에칭 홈(5)의 중심선을 선대칭으로, 역 피라미드 홈(6)이 형성되어 있다. 제1 유리 기판(2)의 표면에는, 질화 탄탈 박막 저항(8), 산화 탄탈 박막 캐패시터(9), 레이저 다이오드와 전기적 접속을 행하기 위한 레이저 다이오드용 공통 박막 전극(10), 레이저 다이오드용 공통 박막 전극(10) 위에 형성되고, 레이저 다이오드를 실장하기 위한 땜납막인 레이저 다이오드용 AuSn 땜납 박막(11), 포토다이오드와 전기적 접속을 행하기 위한 포토다이오드용 박막 전극(14), 동일하게 포토다이오드용 제1 공통 박막 전극(12), 포토다이오드용 제2 공통 박막 전극(13), 포토다이오드용 박막 전극(14) 위에 형성되어 포토다이오드를 실장하기 위한 땜납막인 포토다이오드용 제1 AuSn 땜납 박막(17), 포토다이오드용 제1 공통 박막 전극(12) 위에 형성되어 포토다이오드를 실장하기 위한 땜납막인 포토다이오드용 제2 AuSn 땜납 박막(15), 포토다이오드용 공통 박막 전극(13) 위에 형성되어 포토다이오드를 실장하기 위한 땜납막인 포토다이오드용 제3 AuSn 땜납 박막(16), 레이저 다이오드가 동작하고 있을 때의 기판의 표면 온도를 측정하기 위한 박막 온도 센서(18), 레이저 다이오드로부터의 출사광을 반사시켜 포토다이오드에 광을 입사시키기 위한 유리 에칭 홈(7)이 각각 형성되어 있다.
도 1과 같이, 질화 탄탈 박막 저항(8) 및 산화 탄탈 박막 캐패시터(9)는, 레이저 다이오드가 실장되는 레이저 다이오드용 AuSn 땜납 박막(11)이 형성되어 있는 위치의 근방에 형성되어 있다. 상기한 질화 탄탈 박막 저항(8)이나 레이저 다이오드용 공통 박막 전극(10) 등의 박막 소자에, 레이저 다이오드나 포토다이오드에 전해지는 10㎓를 넘는 고주파 전기 신호가 전송된다. 또한, 에칭 홈(5)은, 광 파이버나 렌즈를 실장하기 위해 이용되는 홈이고, 역피라미드 홈(6)은, 광 파이버나 렌즈를 실장하는 위치를 구하기 위해 이용되는 마커용 홈으로서 이용할 수 있다. 예를 들면, 외형이 원통 모양의 렌즈를 에칭 홈(5)에 실장한 경우, 렌즈의 실장 높이 즉 렌즈의 광축 중심은, 에칭 홈(5)의 폭으로 결정된다. 왜냐하면, 에칭 홈(5)은 실리콘의 이방성 에칭에 의해 형성되므로, 에칭 홈(5)의 측면은 실리콘의 결정면의 {111}면으로 구성되어, 저면의 (100)면과 54.7°의 각도를 항상 이루기 때문이다. 이와 같이, 에칭 홈(5)의 측면과 저면과의 각도가 일정하므로, 에칭 홈(5)의 폭으로 렌즈의 중심 높이가 결정된다. 이 때, 제1 유리 기판(2) 위에 레이저 다이오드용 AuSn 땜납 박막(11)을 개재하여 실장되는 레이저 다이오드의 스폿(광 출사구)과 렌즈의 중심이 일치하면, 광의 결합이 취해져, 광축이 일치한다. 이들 광축이 일치하도록, 에칭 홈(5)의 폭을 구하면 된다.
또한, 렌즈의 길이 방향의 위치 결정은, 에칭 홈(5)의 근방에 형성된 역피라미드 홈(6)을 기준 마커로서 이용할 수 있다. 또, 실리콘 기판(1)은 면방위 {100}를 나타내면 그 밖의 방위이어도 되며, 실리콘 기판(1)의 저항율은 어떤 저항율이 어도 된다. 1000Ω㎝ 이하가 바람직하다. 왜냐하면, 10㎓ 이상의 고주파 신호를 전송하는 제1 유리 기판(2)이 스퍼터법이나 CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의해 형성되는 박막과 비교하여 충분히 두꺼운 기판이므로, 기초 기판인 실리콘 기판(1)의 저항율이 제1 유리 기판(2) 위의 박막 소자로 구성된 고주파 전송로(전극 패턴)의 전송 특성에 영향을 미치게 하는 것을 억제할 수 있다.
전송 선로의 손실은 도체 손실과 유전체 손실로 이분된다. 본 실시예에서는, 유전체 손실이 낮은 제1 유리 기판(2)에 박막 소자로 이루어지는 전송 선로가 형성되므로, 거의 도체 손실이 지배적이 된다. 막 두께가 두꺼운 금속막을 전송 선로에 이용하면, 도체 손실은 거의 무시할 수 있다. 본 실시예에서는 금속막의 후막화는 용이하게 대응할 수 있으므로, 전송 선로의 손실을 저감할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시한 바와 같이 광학 소자 실장용 기판의 분해 사시도의 일례이다. 제1 유리 기판(2) 및 제2 유리 기판(3)은, 열팽창 계수가 대략 33×10-7/℃로서 실리콘 기판(1)의 열팽창 계수(23.3×10-7/℃)에 가깝고, 내부에 4% 정도의 Na20을 많이 포함하는 유리(예를 들면, 붕규산 유리)로서, 실리콘 기판(1)과의 양극 접합이 가능한 유리가 바람직하다. 예를 들면 저항율은 20℃에서 4×1014Ω㎝ 정도이다. 도 2와 같이, 실리콘의 이방성 에칭으로 형성된 에칭 홈(5)이나 역피라미드 홈(6)이 형성되고, 자연 산화막(4) 즉 SiO2 박막이 표면에 형성된 실리콘 기판(1)에 제1 유리 기판(2)과 제2 유리 기판(3)이 양극 접합 등으로 접합되어 구성된다. 제1 유리 기판(2)은 에칭 홈(5)이나 역피라미드 홈(6)이 형성된 실리콘 기판(1)의 일 주면에 양극 접합 등으로 접합되고, 제2 유리 기판(3)은 실리콘 기판(1)의 이면에 양극 접합 등으로 접합된다. 제1 유리 기판(2)은, 실리콘 기판(1)에 접합된 후 에칭 홈(5)이나 역피라미드 홈(6)이 가려지지 않는 형상일 필요가 있다. 도 2에 도시하는 제1 유리 기판(2)의 형상은 일례로, 에칭 홈(5)이나 역피라미드 홈(6)을 피복하지 않는 형상이면 어떠한 형상이어도 된다. 도 2와 같이, 실리콘 기판(1)의 표면의 면적과 비교하여 제1 유리 기판(2)의 접합면의 면적은 작다. 또는 적어도 에칭 홈이 제1 유리 기판의 단부의 외부에 위치하는 영역을 갖는다. 한편, 제2 유리 기판(3)에는, 질화 탄탈 박막 저항(8) 등의 박막 소자가 형성되어 있지 않고, 실리콘 기판(1)의 폭과 길이와 마찬가지의 폭과 길이를 갖도록 하면 만들기 쉽다. 즉, 접합되는 면적은, 실리콘 기판(1), 제2 유리 기판(3) 모두 동일한 것이 바람직하다. 예를 들면, 제1 기판인 실리콘 기판(1)의 면적과 제2 기판인 제1 유리 기판(2)의 면적과의 차보다 제2 기판의 면적과 제3 기판인 제2 유리 기판(3)의 면적과의 차가 더 작다. 제1 유리 기판(2) 및 제2 유리 기판(3)은, 도 2와 같은 형상으로 가공 후에 실리콘 기판(1)에 양극 접합해도 되지만, 이방성 에칭을 마친 실리콘 웨이퍼와 유리 웨이퍼를 웨이퍼 레벨로 처음에 양극 접합하고, 질화 탄탈 박막 저항(8) 등의 박막 소자를 형성한 후에, 드라이 에칭으로 유리 에칭 홈(7)이나 개구부를 형성하는 것이 더 바람직하다. 이러한 실시예의 구조는, 실리콘 기판(1)을 제1 유리 기판(2)과 제2 유리 기판(3) 사이에 삽입하는 구조이므로, 온도 변동에 따른 기판의 휘어짐을 조장하기 어려운 구조라고 할 수 있다. 왜냐하면, 일례 로서, 제1 유리 기판(2)과 제2 유리 기판(3)이 동일 재료이면, 이들 선팽창 계수가 동일하므로, 기판은 온도 변동에 따라 길이 방향으로 신장하기만 할 뿐, 휘어지는 일은 거의 없기 때문이다.
도 3은, 다른 형태로서, 실리콘 기판(1)의 표면에 접합용 에칭 홈(19)이 형성된 것을 이용하는 경우의, 도 1의 광학 소자 실장용 기판의 분해 사시도의 일례이다. 접합용 에칭 홈(19)이 실리콘 기판(1)에 형성되어 있는 것 외에는, 도 2의 경우와 동일한 구조이다. 접합용 에칭 홈(19)이 형성되면, 실리콘 기판(1)과 제1 유리 기판(2)이 접합되는 면적이 작게 되므로, 접합 시의 인가 압력을 작게 할 수 있으며, 또한 접합 후의 기판의 휘어짐이 발생하기 어렵다는 이점이 있다. 마찬가지의 이유에 의해, 실리콘 기판(1)의 이면에도 접합용 에칭 홈이 형성되어 있다.
도 4는, 다른 형태로서, 실리콘 기판(1)의 표리면에 형성된 접합용 에칭 홈(19) 대신에, 제1 유리 기판(2)의 접합면이나 제2 유리 기판(3)의 접합면에 접합용 유리 에칭 홈(20)이 형성되어 있는 경우의 실시예를 도시하고 있다. 이러한 구성으로 해도, 접합 시의 인가 압력을 작게 할 수 있어서, 접합 후의 기판의 휘어짐이 발생하기 어렵다는 이점이 있다.
도 5는, 유전체 기판인 제1 유리 기판(2) 위의 레이저 다이오드 설치 개소와 포토다이오드 설치 개소를 제1 유리 기판(2)의 기판 표면보다도 낮은 위치에 형성한 예를 도시하는 광학 소자 실장용 기판의 사시도이다. 레이저 다이오드 설치 개소와 포토다이오드 설치 개소를 제1 유리 기판(2)의 기판 표면보다도 낮은 위치로 하기 위해, 제1 유리 기판(2)에 높이 조정 홈(21)이 형성되어 있다. 도 5의 실시 예의 광학 소자 실장용 기판은, 높이 조정 홈(21)이 제1 유리 기판(2) 위에 형성되어 있는 것 외에, 도 1과 동일한 구성이다.
레이저 다이오드와 전기적 접속을 행하기 위한 레이저 다이오드용 공통 박막 전극(10)은, 제1 유리 기판(2)의 표면과 높이 조정 홈(21) 내에 형성되어 있다. 마찬가지로, 포토다이오드와 전기적 접속을 행하기 위한 포토다이오드용 박막 전극(14)과 포토다이오드용 제1 공통 박막 전극(12)과 포토다이오드용 제2 공통 박막 전극(13)이, 제1 유리 기판(2)의 표면과 높이 조정 홈(21) 내에 형성되어 있다. 또한, 레이저 다이오드를 실장하기 위한 땜납막인 레이저 다이오드용 AuSn 땜납 박막(11)이나 포토다이오드를 실장하기 위한 땜납막인 포토다이오드용 제1 AuSn 땜납 박막(17)이나 포토다이오드용 제2 AuSn 땜납 박막(15)이나 포토다이오드용 제3 AuSn 땜납 박막(16)이 높이 조정 홈(21) 내에 형성되어 있다. 외형이 원통 모양의 렌즈를 에칭 홈(5)에 실장하는 경우, 높이 조정 홈(21)이 제1 유리 기판(2)에 형성되어 있으면, 에칭 홈(5)의 폭만으로 렌즈 중심의 높이를 조정하는 경우와 비교하여, 렌즈 중심과 레이저 다이오드의 스폿을 일치시키는 것이 용이하게 된다. 여기서는, 레이저 다이오드 설치 개소와 포토다이오드 설치 개소가 제1 유리 기판(2)의 기판 표면보다도 낮은 위치에 있는 경우에 대해 설명했지만, 반대로 이들 설치 개소가 제1 유리 기판(2)의 기판 표면보다도 높은 위치에 있어도 된다.
또한, 도 1을 변형한, 다른 실시 형태에 대해 설명한다. 기본적으로는 도 1과 마찬가지의 구성을 가질 수 있지만, 제1 유리 기판(2)이 실리콘 기판(1)에 비하여 두꺼운 제2 실시예로 할 수 있다. 보다 바람직하게는, 제2 유리 기판(3)도 실 리콘 기판(1)과 비교하여 두꺼운 형태이다. 제1 유리 기판(2)과 제2 유리 기판(3)은 동일한 재료의 유리로 이루어지는 유전체 기판으로서, 거의 동일한 두께의 기판이다. 이들 기판은 유전체 기판이므로, 당연히 실리콘 기판과 비교하여 저항율이 높은 절연성 기판이다. 제1 유리 기판(2) 위의 박막 소자를 통하여, 10㎓ 이상의 고주파 전기 신호가 레이저 다이오드나 포토다이오드로 전달한다. 도 1에 도시한 제1 실시예와 비교하여, 실리콘 기판(1)의 두께가 얇지만, 10㎓ 이상의 전송 신호 대응의 전송 선로인 박막 소자가 제1 유리 기판 위에 형성되어 있으므로, 실리콘 기판(1)의 저항율에 의존하지 않고, 전송 특성을 손상주지 않고, 저손실로 신호를 전송할 수 있다.
도 6은, 본 발명의 제3 실시예인 광학 소자 실장용 기판의 사시도이다. 광학 소자 실장용 기판은, 실리콘 기판(1)과 제2 유리 기판(3)과 제3 유리 기판(22)과 제4 유리 기판(23)으로 구성된다. 실리콘 기판(1)은, 이 경우, 제2 유리 기판(2), 제3 유리 기판(22), 제4 유리 기판(23)의 두께보다도 두꺼운 기판이다. 반대로 실리콘 기판(1)이 이들 기판보다도 얇은 기판이어도 된다. 제2 유리 기판(3)과 제3 유리 기판(22)과 제4 유리 기판(23)은 거의 동일한 두께의 기판으로서, 동일한 재료의 유리로 이루어지는 유전체 기판이다. 그 때문에, 실리콘 기판(1)과 비교하여 이들 기판의 저항율은 높고, 절연성이 높은 기판이다. 제3 유리 기판(22)과 제4 유리 기판(23)은 자연 산화막(4) 즉 SiO2 박막을 개재하여 실리콘 기판(1)의 표면에 접합되어 설치되어 있는 데 대하여, 제2 유리 기판(3)은 자연 산화막(4) 즉 SiO2 박막을 개재하여 실리콘 기판(1)의 이면에 접합되어 있다.
즉, 자연 산화막(4)의 SiO2 박막 위에 제2 유리 기판(3)이나 제3 유리 기판(22)이나 제4 유리 기판(23)이 위치한다. 실리콘 기판(1)은 그 일 주면이 결정 면방위 {100}의 단결정 실리콘 기판으로, 그 표면에는 자연 산화막(4)이 형성되어 있고, 일부에는 실리콘의 이방성 에칭에 의해 형성된 에칭 홈(5) 및 역피라미드 홈(6)이 형성되어 있다. 에칭 홈(5) 근방의 에칭 홈(5)의 중심선을 선대칭으로, 역피라미드 홈(6)이 형성되어 있다. 실리콘 기판(1)에 접합되는 제3 유리 기판(22)과 제4 유리 기판(23)은 분할되어 있다. 제3 유리 기판(22) 위에는, 질화 탄탈 박막 저항(8), 산화 탄탈 박막 캐패시터(9), 레이저 다이오드와 전기적 접속을 행하기 위한 레이저 다이오드용 공통 박막 전극(10), 레이저 다이오드용 공통 박막 전극(10) 위에 형성되고, 레이저 다이오드를 실장하기 위한 땜납막인 레이저 다이오드용 AuSn 땜납 박막(11), 레이저 다이오드가 동작하고 있을 때의 기판의 표면 온도를 측정하기 위한 박막 온도 센서(18)가 형성되어 있다. 레이저 다이오드용 AuSn 땜납 박막(11)을 개재하여, 레이저 다이오드가 제3 유리 기판(22)에 실장된다. 이 때, 질화 탄탈 박막 저항(8)이나 레이저 다이오드용 공통 박막 전극(10)을 통해, 10㎓ 이상의 고주파 전기 신호가 레이저 다이오드에 인가된다. 또한, 실리콘 기판(1)은 면방위 {100}를 나타내지만, 그 밖의 방위이어도 되고, 실리콘 기판(1)의 저항율은 임의의 저항율이어도 된다. 왜냐하면, 고주파 신호를 전송하는 제3 유리 기판(22)이 스퍼터법이나 CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의해 형성 되는 박막과 비교하여 충분히 두꺼운 기판이므로, 기초의 기판인 실리콘 기판(1)의 저항율이 제3 유리 기판(22) 위의 박막 소자로 구성된 고주파 전송로(전극 패턴)의 전송 특성에 영향을 미치게 하지 않기 때문이다. 한편, 제4 유리 기판(23) 위에는, 포토다이오드와 전기적 접속을 행하기 위한 포토다이오드용 박막 전극(14), 동일하게 포토다이오드용 제1 공통 박막 전극(12), 포토다이오드용 제2 공통 박막 전극(13), 포토다이오드용 박막 전극(14) 위에 형성되어 포토다이오드를 실장하기 위한 땜납막인 포토다이오드용 제1 AuSn 땜납 박막(17), 포토다이오드용 제1 공통 박막 전극(12) 위에 형성되어 포토다이오드를 실장하기 위한 땜납막인 포토다이오드용 제2 AuSn 땜납 박막(15), 포토다이오드용 공통 박막 전극(13) 위에 형성되어 포토다이오드를 실장하기 위한 땜납막인 포토다이오드용 제3 AuSn 땜납 박막(16)이 형성되어 있다. 상기 각 AuSn 땜납 박막을 개재하여 포토다이오드가, 제4 유리 기판(23)에 실장된다. 이 때, 상기 포토 다이오드용 박막 전극(14) 등을 통해, 포토다이오드로부터의 고주파 전기 신호가 광학 소자 실장용 기판의 외부에 있는 신호 처리용의 IC에 신호의 파형이 열화없이 전송된다.
이 경우, 실리콘 기판(1)의 저항율은 제4 유리 기판(23) 위에 형성된 전송 선로의 전송 특성 열화의 영향 인자로서는 무시할 수 있다. 왜냐하면, 포토다이오드로부터의 고주파 전기 신호를 전송하는 제4 유리 기판(23)이 유전체 박막과 비교하여 충분히 두꺼운 기판이므로, 기초의 기판인 실리콘 기판(1)의 저항율이 제4 유리 기판(23) 위의 박막 소자로 구성된 고주파 전송로의 전송 특성에 영향을 미치게 하지 않기 때문이다.
이와 같이, 레이저 다이오드를 설치하는 유리 기판과 포토다이오드를 설치하는 유리 기판이 별개의 기판이어도, 고주파 전기 신호 전송의 전송 특성을 열화시키지는 않는다. 또한, 기판의 휘어짐이나 온도 변동에 따른 기판의 휘어짐의 조장을 억제하기 위해, 도 1 내지 도 5에 도시한 실시예와 마찬가지로 실리콘 기판(1)의 이면에 휘어짐 교정용의 동일한 재료로 이루어지는 유리 기판이 접합되어 있는 것이 바람직하다. 또, 실리콘 기판(1)의 이면에 접합되는 제2 유리 기판(3)은, 실리콘 기판(1)과의 접합면이 실리콘 기판(1)의 이면의 면적과 비교하여 작아도 되고, 또한 일부 분할되어도 된다. 실리콘 기판(1)에 제3 유리 기판(22) 및 제4 유리 기판(23)을 접합한 후의 기판의 휘어짐을 교정하는 구조의 제2 유리 기판(3)으로 되는 것이 바람직하다. 그 때문에, 제2 유리 기판(3)은, 반드시 제3 유리 기판(22) 및 제4 유리 기판(23)과 거의 동일한 두께의 기판일 필요는 없다.
또한, 제4 실시예인 광학 소자 탑재용 기판으로서는, 기판의 휘어짐이, 실리콘 기판(1)의 두께를 충분히 두껍게 함으로써 억제할 수 있으면, 도 1의 구조에서, 제2 유리판(3)을 제외한 구조로 할 수 있다. 실리콘 기판(1)에 접합되는 제3 유리 기판(22) 및 제4 유리 기판(23)의 접합 면적이 도 1에 도시한 제1 실시예의 구조에 비하여 작으므로, 접합 후의 기판의 휘어짐은 도 1의 제1 실시예와 비교하여 작다. 또는 광학 소자 실장용 기판은, 앞의 실시예에서 설치하였던 제2 유리판(3)을 갖지 않는 형태로 할 수 있다. 그러나, 실리콘 기판(1)의 이면에 제2 유리 기판(3)을 접합한 경우와 비교하여, 온도 변동에 따른 기판의 휘어짐은 커질 우려가 있다. 그러나, 소자 특성에 있어서 문제가 되지 않는 범위이면 된다. 제3 유리 기판(22) 및 제4 유리 기판(23)의 접합 면적을 아주 작게 하고, 이들 기판의 두께를 작게 하고, 실리콘 기판(1)의 두께를 두껍게 하는 것에 의해, 온도 변동에 따른 기판의 휘어짐을 작게 할 수 있다. 그 때문에, 온도 변동에 따른 레이저 다이오드와 포토다이오드와 에칭 홈(5)에 실장되는 렌즈 등과의 광축 편차를 최소한으로 억제할 수 있다.
도 7은, 본 발명의 제5 실시예인 광학 소자 실장용 기판의 사시도이다. 도 6에 도시한 구성에 대하여, 제4 유리 기판(23)이 없는 구성으로, 제3 유리 기판(22)만이 실리콘 기판(1) 위에 자연 산화막(4) 즉 SiO2 박막을 개재하여 접합되어 있다. 자연 산화막(4)의 SiO2 박막 위에 제3 유리 기판(22)이 위치하는 구성이다. 포토다이오드를 실장하기 위한 기판인 제4 유리 기판(23)은 실리콘 기판(1)과 상이한 베이스 기판(24) 위에 실장되고, 레이저 다이오드와의 광 결합이 취해지는 위치에 배치된다. 한편, 제3 유리 기판(22) 위의 레이저 다이오드용 AuSn 땜납 박막(11)을 개재하여 제3 유리 기판(22) 위에 실장되는 레이저 다이오드와 에칭 홈에 실장되는 렌즈와의 광축은 일치하고 있다. 이러한 구성에 의해서도, 10㎓ 이상의 고주파 전기 신호는 각 유리 기판 상을 따라 전송될 수 있으며, 전송 특성의 열화를 억제할 수 있다. 또, 거의 동일한 두께의 유리 기판에 의해 실리콘 기판이 삽입된 구조이므로, 온도 변동에 따른 광축 편차는 억제된다. 또한, 수광 유효 면적이 큰 면수광 타입의 포토다이오드를 이용하면, 비록 실리콘 기판(1)과 별개의 부재의 기판에 제4 유리 기판(23)을 실장해도, 레이저 다이오드와의 광 결합을 용이 하게 행할 수 있다. 이러한 구성에서도, 원하는 특성을 만족할 수 있다.
포토다이오드를 실장하기 위한 기판인 제4 유리 기판(23)이 실장되는 베이스 기판(24)은, 도 8에 도시한 실리콘 기판(1)에 실장해도 된다. 이 경우, 제4 유리 기판(23)은 도 7에서 제3 유리 기판(22)이 실장된 실리콘 기판(1)과 상이한 실리콘 기판(1)에 자연 산화막(4) 즉 SiO2 박막을 개재하여 접합되어 있다. 당연히, 제4 유리 기판(23) 위의 포토다이오드용 제1 AuSn 땜납 박막(17), 포토다이오드용 제2 AuSn 땜납 박막(15), 포토다이오드용 제3 AuSn 땜납 박막(16)을 개재하여, 포토다이오드가 제4 유리 기판(23)에 실장된다. 실리콘 기판(1)에는 에칭 홈(5)이나 역피라미드 홈(6)이 형성되고, 이 위치에 렌즈를 탑재할 수 있는 구성으로 하는 것이 레이저 다이오드와의 광 결합을 취하는 면에서는 더 바람직하다. 이와 같이 포토다이오드 및 렌즈를 실장한 후, 도 7에 도시한 광학 소자 실장용 기판에 실장된 레이저 다이오드와 광축을 용이하게 일치시킬 수 있다.
또, 상기 어느 한 실시예에서도, 에칭 홈(5)이나 역피라미드 홈(6)의 내부에 자연 산화막(4) 이외의 박막을 성막하지 않으므로, 실리콘의 이방성 에칭에 의해 형성한 구조 즉 정밀도를 유지할 수 있다.
또한, 박막 소자로 이루어지는 전송 선로를 구성하는 금속막은 막 두께 3㎛ 정도의 후막인 것이 전송 선로의 도체 손실을 저감·억제하기 위해서는 바람직하다.
이어서, 도 1에 도시한 구조의 광학 소자 실장용 기판의 제조 방법에 대하여 도 9를 이용하여 설명한다. 이 제조 방법에는, 실리콘의 이방성 에칭에 의해, 실리콘 기판에 복수의 이종 형상의 홈(깊이가 상이한 홈 또는, 크기가 상이한 홈)을 형성하고, 그 후, 실리콘 기판에 유리 기판을 접합하고, 박막 저항이나 박막 전극 등의 박막 소자를 유리 기판에 형성한 후, 드라이 에칭에 의해 유리 기판을 에칭하는 특징이 있다. 여기서, 도 9는 특징적인 구조를 갖는 광학 소자 실장용 기판의 제작법을 이해하기 쉽게 도시한 단면도이다. 그 때문에, 도 1에 도시한 광학 소자 실장용 기판의 단면과는 일치하지 않는다. 도 11의 공정 a)로부터 공정 f)에 따라 제조 방법을 설명한다.
a) 우선, 결정 면방위 {100}의 실리콘 기판(1)의 양면에 Si3N4/SiO2 적층막(도시 생략)을 성막한다. SiO2막(예를 들면, 막 두께 120㎚)은 열 산화에 의해 형성된 열 산화막이고, Si3N4막(예를 들면, 막 두께 160㎚)은 감압 CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의해 성막된 막이다. 이어서, 이 Si3N4/SiO2 적층막에 에칭 홈(5) 및 역피라미드 홈(6)을 형성하기 위한 개구부를 형성한다. 이 방법에는, 종래의 반도체 기술에서 이용되는 포토리소그래피(레지스트 도포, 노광, 현상, 레지스트 패턴 형성과 레지스트를 마스크제로 하여 Si3N4/SiO2 적층막에 패턴을 전사함)를 적용하고, Si3N4/SiO2 적층막의 에칭에는 RIE(Reactive Ion Etching)을 적용한다. 그 후, 농도 40wt%의 수산화 칼륨 수용액(온도 70℃)에 의해 실리콘의 이방성 에칭을 행한다. 이 때, 에칭 홈(5)의 깊이가 원하는 깊이, 예를 들면 450㎛로 될 때까지 에칭한다. 역피라미드 홈(6)(도 9에서는 도시 생략)은, Si3N4/SiO2 적층막에 의한 마스크 개구부가 작으므로, 에칭 홈(5)의 에칭 깊이가 450㎛가 되기 전에 {111}면이 출현하여 V 형상의 홈, 즉 역피라미드의 형상으로 되고, 외관상 에칭이 정지한 상태가 된다. 이와 같이, 실리콘의 이방성 에칭에 의한 이종 형상 홈(깊이가 상이한 홈, 크기가 상이한 홈)의 형성은, 깊이가 가장 깊은 홈의 에칭에 율속되지만, 동시에 복수의 홈을 형성할 수 있다. 이어서, Si3N4/SiO2 적층막을 열인산, BHF(HF+NH4F 혼합 수용액)을 이용하여 순차적으로 박리한다. 그 후, 대기 중에 실리콘 기판(1)이 방치되면 자연 산화막(4)이 실리콘 기판(1)의 표리면에 형성된다. b) 이어서, 실리콘 기판(1)과 선팽창 계수가 실리콘 기판(1)에 가까운, 제1 유리 기판(2)인 내부에 4% 정도의 Na2O를 많이 포함하는 붕규산 유리를 양극 접합에 의해 접합한다. 예를 들면, 기판 가열 온도 400℃, 인가 전압 600V에 의해 접합이 가능하다. 또한, 제1 유리 기판(2)과 동일한 두께의 제2 유리 기판(3)과 실리콘 기판(1)을 마찬가지의 방법으로 접합한다. 이 때, 실리콘 기판(1)에 제1 유리 기판(2)과 제2 유리 기판(3)을 히터 상에서 적층하고, 제1 유리 기판(2)에 전압을 인가, 접합하고, 계속해서 제2 유리 기판(3)에 전압을 인가, 접합하는 것이 더 낫다. 이 방법에 의해, 접합에 의한 기판의 휘어짐을 최대한으로 저감할 수 있다. c) 제1 유리 기판(2) 위에 질화 탄탈 박막 저항(8), 산화 탄탈 박막 캐패시터(9)(도 9에서는 도시 생략), 레이저 다이오드용 공통 박막 전극(10), 레이저 다이오드용 AuSn 땜납 박막(11)(도 9에서는 도시 생략), 포토다이오드용 박막 전극(14)(도 9에 서는 도시 생략), 포토다이오드용 제1 공통 박막 전극(12)(도 9에서는 도시 생략), 포토다이오드용 제2 공통 박막 전극(13)(도 9에서는 도면 생략), 포토다이오드용 제1 AuSn 땜납 박막(17)(도 9에서는 도시 생략), 포토다이오드용 제2 AuSn 땜납 박막(15)(도 9에서는 도시 생략), 포토다이오드용 제3 AuSn 땜납 박막(16)(도 9에서는 도시 생략), 박막 온도 센서(18)(도 9에서는 도시 생략)를 형성한다. 처음에, Au(예를 들면, 막 두께 3㎛)/Pt(예를 들면, 막 두께 300㎚)/Ti(예를 들면, 막 두께 100㎚) 박막(도시 생략)을 성막한다. 성막 방법에는, 스퍼터법, 진공 증착법 중 어느 하나를 적용한다. 이 경우, 금속막이면 이 이외의 금속막이어도 되고, Al 박막이나 Cr 박막 등의 단층막이어도 된다. 단, 최외측 표면의 금속막은 막 두께 3㎛ 정도의 후막인 것이 박막 패턴으로 구성되는 전송 선로의 도체 손실을 저감·억제하기 때문에 바람직하다. 이어서, 포토리소그래피에 의해, 레지스트 패턴을 형성하고, 이것을 마스크로 하여 이온 밀링에 의해 Au/Pt/Ti 박막을 에칭한다. 이 후, 박리액, 산소 애싱을 이용하여 레지스트를 박리하고, 레이저 다이오드용 공통 박막 전극(10), 포토다이오드용 박막 전극(14), 포토다이오드용 제1 공통 박막 전극(12), 포토다이오드용 제2 공통 박막 전극(13)을 형성한다. 이어서, 리프트 오프법에 의해, 질화 탄탈 박막, 산화 탄탈 박막, 박막 캐패시터용 상부 Au/Pt/Ti 박막, 박막 온도 센서용 Pt/Ti 박막을 각각 형성한다. 이 때, 질화 탄탈 박막 및 산화 탄탈 박막은, 스퍼터법에 의해 성막할 수 있다. 이 경우의 스퍼터에는, 전자는 아르곤 분위기 속에 미량의 질소 가스를 도입하여 성막하는 리액티브 스퍼터법, 후자는 아르곤 분위기 속에 산소 가스를 도입하여 성막하는 리액티브 스퍼터법을 적 용할 수 있다. Pt/Ti 박막은 스퍼터법 또는 진공 증착 중 어느 한 방법을 이용하여 성막이 가능하다. 이와 같이, 각 박막 소자를 제1 유리 기판(2) 위에 형성한다.
d) 예를 들면 1000cp 정도의 점성이 높은 네가티브형 레지스트를 제1 유리 기판(2) 위에 도포하고, 포토리소그래피에 의해 후막 레지스트 패턴(25)을 얻는다. 후막 레지스트 패턴(25)의 두께는, 예를 들면 100㎛ 정도이다. 이 때, 유리 에칭 홈(7)(도 9에서는 도시 생략)을 형성하기 위한 레지스트 개구부를 동시에 형성해도 된다.
e) 유리의 ICP(Inductively Coupled Plasma) 드라이 에칭에 의해, 제1 유리 기판(2)에 에칭 개구부(26) 및 유리 에칭 홈(7)을 형성한다. 개구부(26)는 에칭 홈(5)이 있던 위치에 형성된다.
f) 산소 애싱 및 레지스트 박리액에 의해, 후막 레지스트 패턴(25)을 박리한다. 이어서, 스프레이 도포법에 의해 포지티브형 레지스트(도시 생략)를 기판 표면에 도포한다. 그 후, 포토리소그래피에 의해 레지스트 패턴(도시 생략)을 형성한다. 이 때의 레지스트 패턴은, 레이저 다이오드용 AuSn 땜납 박막(11)(도 9에서는 도시 생략), 포토다이오드용 제1 AuSn 땜납 박막(17)(도 9에서는 도시 생략), 포토다이오드용 제2 AuSn 땜납 박막(15)(도 9에서는 도시 생략), 포토다이오드용 제3 AuSn 땜납 박막(16)(도 9에서는 도시 생략)에 대응한 레지스터 패턴이다. AuSn 땜납 박막(예를 들면, Au 박막 : 80%, Sn 박막 : 20%)은 Au 박막과 Sn 박막과의 적층 박막으로, 합계 막두께는 3㎛이다. 이것은 진공 증착법을 이용하여 성막 되고, 리프트오프법에 의해, 각 패턴이 형성된다.
이상과 같은 공정을 순차적으로 거침으로써 본 발명의 광학 소자 실장용 기판을 얻을 수 있다. 도 10은, 도 1에 도시한 광학 소자 실장용 기판에 레이저 다이오드(32), 포토다이오드(33), 비구면 렌즈(31)를 실장했을 때의 상태를 도시하는 모식도이다. 비구면 렌즈(31)는 접착제에 의해 에칭 홈(5)에 고정된다. 레이저 다이오드(32) 및 포토다이오드(33)는, 레이저 다이오드용 AuSn 땜납 박막(11), 포토다이오드용 제1 AuSn 땜납 박막(17), 포토다이오드용 제2 AuSn 땜납 박막(15), 포토다이오드용 제3 AuSn 땜납 박막(16)에 열을 가하여 이들을 녹이는 (리플로우함) 것에 의해 광학 소자 실장용 기판, 구체적으로 설명하면 제1 유리 기판(2)에 각각 고정된다. 그 때, 레이저 다이오드(32), 포토다이오드(33), 비구면 렌즈(31)의 광축이 합치하도록 패시브얼라인먼트에 의해 고정된다. 이들 광축이 일치하기 위해서는, 당연히, 에칭 홈(5)의 폭, 제1 유리 기판(2)의 두께, 레이저 다이오드(32)를 실장하는 제1 유리 기판(2) 위의 위치, 포토다이오드를 실장하는 제1 유리 기판(2) 위의 위치, 에칭 홈(5)이 형성되어 있는 위치가 미리 정해져 있다. 이러한 각 광 부품이 실장된 광학 소자 실장용 기판에 10㎓ 이상의 고주파 전기 신호를 인가하여 외부에 광 신호를 송신하기 위해, 와이어 본딩에 의해 각 부품의 전기적 접속을 행한다. 고주파 전기 신호를 취급하므로, 전기 결선을 행하기 위한 각 와이어(34)의 길이가 짧아지도록, 질화 탄탈 박막 저항(8), 산화 탄탈 박막 캐패시터(9), 레이저 다이오드용 공통 박막 전극(10), 포토다이오드용 박막 전극(14), 포토다이오드용 제1 공통 박막 전극(12), 포토다이오드용 제2 공통 박막 전극(13), 박막 온도 센서(18)가 미리 최적의 위치에 형성되어 있다. 여기서의 질화 탄탈 박막 저항(8)은 전기 신호의 덤핑 배제와 종단 저항의 역할을 한다. 레이저 다이오드(32)로써 전기 신호는 광 신호로 변환되고, 레이저 다이오드(32)로부터 출사된 광 신호는 비구면 렌즈(31)를 통해 광 파이버 등의 외부로 송신된다. 이 때, 레이저 다이오드(32)로부터 출사된 광 신호는, 포토다이오드(33)로써 모니터된다. 여기서는, 와이어(34)로써 광학 소자 실장용 기판 내에서의 배선이나 광학 소자 실장용 기판 외부로의 배선을 나타내고 있지만 그것에만 한정시키는 것은 아니다. 광학 소자 실장용 기판 내부에 관통 홀을 형성하고, 그 내부에 금속을 충전시킨 비아홀 배선으로써 각 소자를 전기적으로 결합시켜 대응할 수도 있다. 이 경우, 와이어(34)의 기생 인덕턴스의 영향에 의한 고주파 전기 신호의 파형의 왜곡을 교정할 수 있다.
도 11은, 도 1에 도시한 광학 소자 실장용 기판을 버퍼플라이 타입의 레이저 다이오드 모듈에 실장한 예를 도시하는 모식도이다. 레이저 다이오드(32), 포토다이오드(33)가 제1 유리 기판(2) 위에 실장되고, 비구면 렌즈(31)가 실리콘 기판(1) 위에 실장되고, 광학 소자 실장용 기판이, 패키지(35) 내에 실장되어 있다. 또, 도시하지 않았지만, 광학 소자 실장용 기판의 하부에는 레이저 다이오드(32)의 발열을 억제하기 위한 냉각용 펠티어 소자가 실장된다. 10㎓ 이상의 고주파 전기 신호는, 고주파 특성에 우수한 커넥터(39)를 통하여 광학 소자 실장용 기판에 인가된다. 레이저 다이오드(32)로부터의 광 신호는, 비구면 렌즈(31), 콜리메이터 렌즈(36), 페룰(37)로 고정된 광 파이버(38)를 통해 외부로 발신된다. 이러한 구 성으로써 본 발명의 광학 소자 실장용 기판은 레이저 다이오드 모듈에 적용된다.
이상 설명해 온 광학 소자 실장용 기판을 구성하는 실리콘 기판(1)의 비구면 렌즈 탑재용의 에칭 홈(5)이나 역피라미드 홈(6)의 형성에는, 수산화 칼륨 수용액을 이용했지만, TMAH(수산화테트라메틸암모늄)나 EDP(에틸렌디아민피로카테콜수) 등의 실리콘의 이방성 에칭이 가능한 다른 에칭액을 적용해도 된다. 단, 에칭 형상 및 취급면에서, 수산화칼륨 수용액이 적합하다.
본 발명의 광학 소자 실장용 기판에 의해, 적어도 상술한 과제의 하나를 해결할 수 있다.

Claims (10)

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  3. 렌즈 탑재부를 구비하고, 실리콘으로 이루어진 제1 기판과,
    상기 제1 기판의 일 주면에 대향하여 형성되고, 레이저 다이오드의 탑재부 및 상기 레이저 다이오드에 연락하는 배선층을 그의 기판 상에 구비하며, 상기 제1 기판보다 저항율이 높은 유리로 이루어진 제2 기판과,
    상기 제1 기판의 상기 일 주면과 반대측의 주면에 대향하여 형성되고, 상기 제1 기판보다 저항율이 높은 유리로 이루어진 제3 기판
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 실장용 기판.
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  7. 삭제
  8. 렌즈 탑재부를 구비하고, 실리콘으로 이루어진 제1 기판과,
    상기 제1 기판의 일 주면에 대향하여 형성되고, 레이저 다이오드의 탑재부 및 상기 레이저 다이오드에 연락하는 배선층을 그의 기판 상에 구비하고, 유리로 이루어진 제2 기판과,
    상기 제1 기판의 상기 일 주면과 반대측의 주면에 대향하여 형성되고, 유리로 이루어진 제3 기판
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 실장용 기판.
  9. 실리콘으로 이루어진 제1 기판의 일 주면에 렌즈를 설치하는 영역에 홈을 형성하는 홈 형성 공정과,
    상기 홈이 형성된 제1 기판의 상기 홈이 형성된 주면에, 레이저 다이오드의 탑재부를 구비하며 유리로 이루어진 제2 기판을 접합하는 제1 접합 공정과,
    상기 제1 기판의 상기 제2 기판을 접합한 주면과 반대측의 주면에, 유리로 이루어진 제3 기판을 접합하는 제2 접합 공정과,
    상기 제2 기판의 상기 접합된 주면과는 반대측의 주면에 레이저 다이오드에 전기적으로 연락하는 전극막과, 상기 전극막에 전기적으로 연락하여 외부로부터의 배선이 전기적으로 연락되는 배선층을 형성하는 도전막 형성 공정과,
    상기 도전막 형성 공정에서 형성된 막을 레지스트로 피복하는 레지스트 형성 공정과,
    상기 레지스트를 패터닝하여 제2 기판의 상기 홈 형성 영역에 대응하는 영역에 개구부를 형성하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 실장용 기판의 제조 방법.
  10. 실리콘으로 이루어진 제1 기판의 일 주면에 광 파이버를 설치하는 영역에 홈을 형성하는 홈 형성 공정과,
    상기 홈이 형성된 제1 기판의 상기 홈이 형성된 주면에, 레이저 다이오드의 탑재부를 구비하며 유리로 이루어진 제2 기판을 접합하는 제1 접합 공정과,
    상기 제1 기판의 상기 제2 기판을 접합한 주면과 반대측의 주면에, 유리로 이루어진 제3 기판을 접합하는 제2 접합 공정과,
    상기 제2 기판의 상기 접합된 주면과는 반대측의 주면에 레이저 다이오드에 전기적으로 연락하는 전극막과, 상기 전극막에 전기적으로 연락하여 외부로부터의 배선이 전기적으로 연락되는 배선층을 형성하는 도전막 형성 공정과,
    상기 도전막 형성 공정에서 형성된 막을 레지스트로 피복하는 레지스트 형성 공정과,
    상기 레지스트를 패터닝하여 제2 기판의 상기 홈 형성 영역에 대응하는 영역에 개구부를 형성하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 실장용 기판의 제조 방법.
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