(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面部にコア及びクラッドを形成した基板であってその上にカバーガラスが接着剤により接着された光導波路において、
前記基板が、前記カバーガラスが接着される前にその表面に沿うと共に光の入出力方向に直交する方向から見て全体的に一様にかつ前記接着剤の収縮により平坦な方向に変形するように湾曲したものからなることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記基板が、前記カバーガラスが接着される前にその表面に沿うと共に光の入出力方向に直交する方向から見た場合のみ全体的に一様に湾曲したものからなることを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
前記基板が、前記カバーガラスが接着される前にその表面に沿ういずれの方向から見ても全体的に一様に湾曲したものからなることを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
【請求項４】
前記基板の湾曲する曲率が全体的に一様になっているものからなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光導波路。
【請求項５】
前記基板が前記コア及びクラッドが設けられた側が凹になるように湾曲していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光導波路。
【請求項６】
前記基板が前記コア及びクラッドが設けられた側が凸になるように湾曲していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光導波路。
【請求項７】
前記基板に於ける光入出力端に光ファイバアレイが接着により接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の光導波路。
【請求項８】
表面部にコア及びクラッドを形成した基板であってその上にカバーガラスが接着剤により接着された光導波路の製造方法であって、
前記光導波路をなす部分が１つ以上形成されたウエハを、前記光導波路の光の入出力方向に直交する方向から見て全体的に一様にかつ前記接着剤の収縮により平坦な方向に変形するように湾曲した面上に載置して加熱処理し、当該加熱処理した前記ウエハに前記カバーガラスを接着することを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項９】
前記ウエハを、その表面に沿うと共に前記光導波路の光の入出力方向に直交する方向から見た場合のみ全体的に一様に湾曲する面上に載置して加熱処理することを特徴とする請求項８に記載の光導波路の製造方法。
【請求項１０】
前記ウエハを、その表面に沿ういずれの方向から見ても全体的に一様に湾曲した面上に載置して加熱処理することを特徴とする請求項８に記載の光導波路の製造方法。
【請求項１１】
前記ウエハを、その表面に沿うと共に前記光導波路の光の入出力方向に直交する方向から見た場合のみ、一様な曲率で湾曲する凹または凸球面上に載置して加熱処理することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の光導波路の製造方法。
【請求項１２】
前記ウエハを、その表面に沿ういずれの方向から見た場合でも一様な曲率で湾曲する凹または凸球面上に載置して加熱処理することを特徴とする請求項８または請求項１０に記載の光導波路の製造方法。
【請求項１３】
前記ウエハから前記基板に切り出した後、その光入出力端に光ファイバアレイを接着により接続することを特徴とする請求項８乃至請求項１２のいずれかに記載の光導波路の製造方法。
【請求項１４】
前記コア及びクラッドに発生したボイドを除去するための加熱・加圧処理が、前記ウエハの加熱処理を兼ねることを特徴とする請求項８乃至請求項１３のいずれかに記載の光導波路の製造方法。
【請求項１５】
前記ウエハの加熱処理が、熱間静水圧加圧法（ＨＩＰ法）によることを特徴とする請求項８乃至請求項１４のいずれかに記載の光導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信部品などに用いるべく基板上にコア及びクラッドが設けられた平面型光導波路及びその製造方法に関し、特に基板の上にカバーガラスが接着された光導波路に適した光導波路及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信技術が拡大・普及することに伴い、平面型光導波路を用いた光分岐器や光合波・分波器などの光モジュールの開発が進められている。
【０００３】
例えば、光分岐器にあっては、ＣＶＤ法や火炎堆積法などでウェハ上にコアとなるガラス質薄膜を成膜後、パターニングし、更にコア上にクラッドとなるガラス質薄膜を成膜して光導波路を形成している。
【０００４】
図１０に上記光分岐器の側断面図を示す。表面部にコア及びクラッドが形成された基板、即ち光導波路１１は、図１０に於ける左右両端で入出力端子であるファイバアレイ１２、１３に接着剤１４により接着して接続されている。
【０００５】
ここで、光導波路１１の厚みは通常１ｍｍ程度と薄く、そのままではファイバアレイ１２、１３との接着強度が得難い。また、厚いファイバコアの光路端と、薄い導波路コアの光路端とを整合させるため、厚み方向についてファイバアレイ１２、１３に対して、光導波路１１が偏って接着されるため、温度変化時の特に接着剤１４の膨張・収縮により応力が生じたり変形してＰＤＬ（偏波依存性損失）や挿入損失が増大する。そのため、従来は、光導波路１１上面にカバーガラス１５を接着剤１６で貼り付け、ファイバアレイ１２、１３との接着面積を確保し、接着強度を保つと共に温度変化時の接着剤の膨張・収縮による光導波路１１の変形・応力の発生を防止している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光導波路１１上面にカバーガラス１５を接着剤１６で貼り付けることで、接着剤１６の硬化時に膨張・収縮して光導波路１１に応力が発生する。その際、カバーガラス１５を接着する前の光導波路１１（ウエハ）が平坦であれば光導波路１１に生じる応力の方向・大きさも略均一になり、それを見込んだ設計も可能であるが、実際には光導波路１１（ウエハ）がうねっていることから、個々の基板ごとに生じる応力の方向・大きさが異なり、また１枚の基板においても例えばねじれるような方向に応力が生じることもあり、特にＰＤＬが著しく悪化しがちであった。上記光導波路１１（ウエハ）のうねりは、コア及びクラッドの成膜により発生する応力により発生したり、その応力を除去するための熱処理の際に応力の解放と共に発生することが多い。
【０００７】
例えば、特開平８−２９６３２号公報には、光導波路のコア、クラッドの一部を分断し、コアにかかる応力を低減させる構造が開示されているが、導波路を分断するためのパターニングが極めて煩雑になるため、あまり好ましくない。
【０００８】
本発明は、上記したような従来技術の問題点を解決するべく案出されたものであり、構造や行程が複雑になることなく光導波路の接続部分の接着強度を高め、また変形等を防止すると共にＰＤＬを容易に制御可能な光導波路及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するべく、本発明では、表面部にコア及びクラッドを形成した基板であってその上にカバーガラスが接着剤により接着された光導波路において、前記基板が、前記カバーガラスが接着される前にその表面に沿うと共に光の入出力方向に直交する方向から見て全体的に一様にかつ前記接着剤の収縮により平坦な方向に変形するように湾曲したものからなることを特徴とする光導波路を提供する。特に前記基板が、前記カバーガラスが接着される前にその表面に沿うと共に光の入出力方向に直交する方向から見た場合のみ全体的に一様に湾曲したもの、即ちトンネルドームまたは樋状のものや、前記基板が、前記カバーガラスが接着される前にその表面に沿ういずれの方向から見ても全体的に一様に湾曲したもの、即ちドームまたはカップ状のものからなると良い。これにより、カバーガラスが接着された後の基板に加わる応力の方向が一定になり、その制御が容易になる。前記基板が全体的に一様な曲率で湾曲するウエハから切り出されたものからなることで、個々の基板のＰＤＬが悪化することなく均一になり、その品質が安定する。
【００１０】
また、本発明では、表面部にコア及びクラッドを形成した基板であってその上にカバーガラスが接着剤により接着された光導波路の製造方法であって、前記光導波路をなす部分が１つ以上形成されたウエハを、前記光導波路の光の入出力方向に直交する方向から見て全体的に一様にかつ前記接着剤の収縮により平坦な方向に変形するように湾曲した面上に載置して加熱処理し、当該加熱処理した前記ウエハに前記カバーガラスを接着することを特徴とする光導波路の製造方法を提供する。特に前記ウエハを、その表面に沿うと共に前記光導波路の光の入出力方向に直交する方向から見た場合のみ全体的に一様に湾曲する面、即ち樋状またはかまぼこ状をなす面上に載置して加熱処理する、または前記ウエハを、その表面に沿ういずれの方向から見ても全体的に一様に湾曲した面、即ち球面状またはカップ状をなす面上に載置して加熱処理すると良い。これにより、ウエハの凹凸（うねり）が除去され、一様に湾曲するため、その後の加工により発生する応力の制御が容易になる。また、加熱処理した前記ウエハにカバーガラスを接着し、前記基板形状に切り出すことで、カバーガラスが接着された後の基板に加わる応力の方向が一定になり、その制御が容易になる。また、前記ウエハを一様な曲率の凹または凸面上に載置して加熱処理することで、切り出された基板の曲率が一層均一になり、その品質が安定する。また、前記コア及びクラッドに発生したボイドを除去するための例えば熱間静水圧加圧法による加熱・加圧処理が前記ウエハの加熱処理を兼ねることで、工程が簡略化される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態について添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明が適用された光導波路としての光分岐器及びそれに接続される光ファイバアレイを示す斜視図であり、図２はそのＩＩ−ＩＩ線について見た側断面図である。表面部にコア１ａ及びクラッド層１ｂが形成され、パターニングされた基板、即ち光導波路１は、その表面にカバーガラス５が接着剤６により接着され、図２に於ける左右両端で入出力端子であるファイバアレイ２、３に接着剤４により接着され、接続されている。
【００１３】
ここで、図３に模式的に示すように、光導波路１はカバーガラス５の接着前にコア及びクラッドが形成された側を凹として一様な曲率で凹球状に湾曲している（図３の左側）。これが、接着剤６の収縮により、平坦になる方向に変形している（図３の右側）。その変形量は数ｃｍの幅及び長さの光導波路１に対してカバーガラス５を接着する前の光導波路１の曲率半径は５ｍ〜２０ｍ程度であり、ファイバアレイ２、３の接続位置を光導波路１の変形後の分だけ考慮して設定することで、殆ど問題とならない範囲である。尚、実際にはカバーガラス５もその厚みに応じてある程度変形する。また、接着剤６の収縮による応力も発生するが、その方向、大きさが一定であるため、光導波路１のＰＤＬが悪化することがなく、一定になり、品質が安定している。
【００１４】
一方、図４の左側に示すように、光導波路がカバーガラスの接着前に凹凸のある、うねった形状となっていると、カバーガラスを接着することで接着剤の収縮により、図４の右側に示すように変形の方向が不規則なばかりでなく、発生する応力の方向、大きさが場所により異なるため、例えばねじれるような応力も発生し、結果、光導波路毎にＰＤＬが大きく異なることとなり、その品質が悪化する。
【００１５】
以下に、上記光分岐器の製造手順について説明する。まず、石英などからなるガラスウエハＡ上に、例えばプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ２を主成分とするコア層を成膜する。このとき、ガラスウエハＡよりも０．２％〜０．８％程度屈折率が高くなるように、リン、チタン、ゲルマニウム、アルミニウム、ホウ素、フッ素等から選択される１種または２種以上のドープ剤をコア層に添加する。コア１ａの屈折率は、光ファイバコアの屈折率と等しいことが望ましいので、ドープ剤を適宜選択し屈折率を調整すると良い。成膜はプラズマＣＶＤ以外に、常圧ＣＶＤやＰＶＤ、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングなど、５００℃程度以下で成膜することが可能な所謂低温成膜法による成膜装置を用いて成膜すると良い。これを成膜温度よりも高く、溶融点以下の温度で、熱処理し、コア１ａの表面にフォトレジストによって所定の導波路パターンを形成し、ＲＩＥなどのエッチングを行うことにより、所定パターンのコア１ａを形成する。その後、上記同様の低温成膜法により、ＳｉＯ２を主成分とする低屈折率の上部クラッド層１ｂを成膜する。
【００１６】
次に、上部クラッド層１ｂが露出した状態で、熱間静水圧加圧法（以下、ＨＩＰ法と記す）によって周囲から加熱、加圧することにより、ボイドを実用上問題のない程度まで小さくするか、あるいは消滅させると共に、各成膜層に生じた成膜時応力を除去する。そのため、ＨＩＰ法は１０００℃〜１２００℃、１０００ｋｇｆ／ｃｍ２〜１７００ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲で、２時間程度維持することが望ましい。
【００１７】
ここで、上記ＨＩＰ法による加熱、加圧処理を行う際、図５に示すような曲率半径５ｍ〜２０ｍの凹球面座Ｂ上にガラスウエハＡを載置する。こうすることで、加熱され、軟化したガラスウエハＡが凹球面座Ｂの表面形状に略沿って湾曲した形状になる。これにより、上記ガラスウエハＡの図６に示すような凹凸（うねり）が伸ばされ、上記ボイドや残留応力と共に除去される。また、ガラスウエハＡの凹凸（うねり）がたとえやや残ってもガラスウエハＡの湾曲方向が同じ方向になるため、後に発生する接着剤の収縮による応力の方向が一定になり、その制御が容易になる。尚、処理温度、ガラスウエハＡの重さ、厚さ等によっては、その曲率半径は凹球面座Ｂの曲率半径よりも大きくなる。
【００１８】
一方、上記加熱、加圧処理を行う際、平らな座面を用いると凹凸（うねり）が伸びるための逃げがなくボイドや残留応力は除去されるものの凹凸（うねり）は残ってしまうため、接着剤の収縮による応力の方向が一定せず、その制御ができない。また、ボイドの除去を必要とせず、ＨＩＰ処理を行わない場合でも屈折率の安定化や残留応力の除去を目的として熱処理を行うことがある。このとき、熱処理前のウエハに凹凸（うねり）がなくても成膜されたウエハには成膜時の残留応力などが生じるため、上記同様、平らな座面を用いると凹凸（うねり）が伸びるための逃げがなく凹凸（うねり）は残ってしまう。
【００１９】
凹球面座Ｂの曲率半径は２０ｍ以上であると平座に載置して処理した場合との差が出ず、５ｍ未満であると、接着剤の層が厚くなり、硬化収縮を大きく受けて、ＰＤＬが増大する。また、入出力接続端子との接続位置合わせが厄介になり、挿入損失を増大させてしまう虞がある。
【００２０】
次に、ガラスウエハＡにパターニングされた数１０〜数１００の光導波路１を図示されないダイシング装置によって切り出す。切り出すサイズは、個々の導波路チップごとではなく、５チップ〜１０チップずつの短冊Ｃとして切り出す（図７）。
【００２１】
次に、例えば紫外線硬化樹脂からなる接着剤６によりカバーガラスを短冊Ｃ表面に貼り付ける。このカバーガラスは、短冊Ｃ、即ち光導波路１の基板と同様な熱膨張特性を有するものが好ましく、例えば光導波路１の基板と同じ材料を用いて良い。また、その厚みは補強効果を期待して光導波路１と同程度以上が好ましいが、光導波路１よりもカバーガラス側が接着剤の収縮により大きく変形するように設定すれば、光導波路１の変形量を小さくすることができ、設計が容易になる。そして、各光導波路１のチップに切り出してコア端面を光学研磨し、ファイバアレイ２、３を接着剤４により接着して光分岐器が完成する。
【００２２】
図８に、光導波路チップのそり量とＰＤＬとの関係を凹球面座Ｂを用いて熱処理し、湾曲させたガラスウエハから切り出して後記カバーガラスを接着した光導波路と、平座を用いて熱処理したガラスウエハから切り出してカバーガラスを接着した光導波路とで比較したグラフを示す。凹球面座Ｂを用いて熱処理し、湾曲させたガラスウエハから切り出し、カバーガラスを接着した光導波路は、光導波路チップのそり量によらず、ＰＤＬが０．１ｄＢ未満と著しく低くなっていることがわかる。ここで、光導波路チップのそり量とは、光導波路チップの表面と裏面との間の最大距離とした。
【００２３】
尚、上記実施形態では、凹球面座Ｂを用いてガラスウエハを加熱処理したが、図９（ａ）に示すような凸球面座Ｂ′を用いてガラスウエハを加熱処理しても良く、ガラスの軟化する特性を考慮して一様に湾曲するように、凹または凸の非球面座を用いても良い。
【００２４】
また、図９（ｂ）に示すような導波路の表面に沿うと共に導波路の光の入出力方向に直交する方向（側面方向）から見て全体的に一様に凹に湾曲する樋状の座Ｂ′′や図９（ｃ）に示すような側面方向から見て全体的に一様に凸に湾曲するかまぼこ状の座Ｂ′′′を用いてガラスウエハを加熱処理しても良い。その場合、カバーガラスを接着する接着剤の収縮により生じる応力の殆どが光の入出力方向ｘに加わるため、方向ｘに直交するＴＥ波（ｚ）及びＴＭ波（ｙ）に影響を与えず、そのパワーの差として表されるＰＤＬが変化せず、一定になる。
【００２５】
また、上記実施形態では、ＨＩＰ法による加熱・加圧処理時にガラスウエハを湾曲させたが、凹球面座や凸球面座を用いて例えば５００℃〜１２００℃程度の加熱処理を別途行っても良い。
【００２６】
更に、上記実施形態では、光導波路１表面にカバーガラスを貼り付ける接着剤として紫外線硬化樹脂を用いたが、これに代えて熱硬化型の接着剤等を用いても良い。
【００２７】
加えて、上記実施形態では、ガラスウエハを短冊状に切り出してカバーガラスを貼り付けたが、ガラスウエハのままカバーガラスを貼り付けても良い。
【００２８】
【発明の効果】
上記した説明により明らかなように、本発明による光導波路によれば、基板上にコア及びクラッドが設けられ、その上にカバーガラスが接着された光導波路の基板が、カバーガラスが接着される前にその表面に沿うと共に光の入出力方向に直交する方向から見て全体的に一様に凹または凸に湾曲したものからなることで、カバーガラスが接着された後の基板に加わる応力の方向が一定になり、その制御が容易になる。特に基板が、カバーガラスが接着される前にその表面に沿うと共に光の入出力方向に直交する方向から見た場合のみ全体的に一様に湾曲したもの、即ちトンネルドームまたは樋状のものや、基板が、カバーガラスが接着される前にその表面に沿ういずれの方向から見ても全体的に一様に湾曲したもの、即ちドームまたはカップ状のものからなると良い。また、基板が全体的に一様な曲率で湾曲するウエハから切り出されたものからなることで、個々の基板のＰＤＬが悪化することなく均一になり、その品質が安定する。
【００２９】
また、本発明による光導波路の製造方法によれば、光導波路をなす部分が１つ以上形成されたウエハを、前記光導波路の光の入出力方向に直交する方向から見て全体的に一様に湾曲した凹または凸面上に載置して加熱処理することにより、ウエハの凹凸（うねり）が除去され、一様に湾曲するため、その後の加工により発生する応力の制御が容易になる。特にウエハを、その表面に沿うと共に光導波路の光の入出力方向に直交する方向から見た場合のみ全体的に一様に湾曲する面、即ち樋状またはかまぼこ状をなす面上に載置して加熱処理する、またはウエハを、その表面に沿ういずれの方向から見ても全体的に一様に湾曲した面、即ち球面状またはカップ状をなす面上に載置して加熱処理すると良い。また、加熱処理した後にカバーガラスを接着することで、カバーガラスが接着された後の基板に加わる応力の方向が一定になり、その制御が容易になる。また、ウエハを一様な曲率の凹または凸面上に載置して加熱処理することで、切り出された基板の曲率が一層均一になり、ＰＤＬを悪化させるような応力がかからず、その品質が安定する。
【００３０】
また、光導波路のコア及びクラッドに発生したボイドを除去するための例えば熱間静水圧加圧法による加熱・加圧処理により上記ウエハの加熱処理を兼ねることで、工程が簡略化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された光導波路としての光分岐器及びそれに接続される光ファイバアレイを示す斜視図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線について見た側断面図。
【図３】本発明による光導波路の模式的側面図。
【図４】従来の光導波路の模式的側面図。
【図５】凹球面座Ｂ上にガラスウエハＡを載置した状態を示す図。
【図６】ガラスウエハＡの凹凸（うねり）が熱処理により伸ばされる様子を模式的に示す図。
【図７】ガラスウエハＡを短冊に切り出した状態を示す斜視図。
【図８】光導波路チップのそり量とＰＤＬとの関係を示すグラフ。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の別の実施形態を説明するガラスウエハの加熱処理用の座を示す斜視図。
【図１０】従来の光分岐器及びそれに接続される光ファイバアレイを示す側断面図。
【符号の説明】
１  光導波路
１ａ  コア
１ｂ  クラッド層
２、３  ファイバアレイ
４  接着剤
５  カバーガラス
６  接着剤
１１  光導波路
１２、１３  ファイバアレイ
１４  接着剤
１５  カバーガラス
１６  接着剤
Ａ  ガラスウエハ
Ｂ  凹球面座
Ｂ′  凸球面座
Ｂ′′  樋状座
Ｂ′′′  かまぼこ状座
Ｃ  短冊
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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