(57)【要約】【課題】本発明は導波路型光デバイスの製造方法に関し、高Δ光導波路に代表される導波路型光デバイスと光ファイバとの光接続を低損失で且つ低コストで実現することが主な目的である。【解決手段】本発明による方法は、各々が光導波路１５を有する複数のチップ１４が切り出されるウエハ１２を提供するステップと、光導波路のチップ端面近傍の部分に対応して選択的に発熱するヒータ２０を有するヒータ基板１８を提供するステップと、光導波路のチップ端面近傍の部分とヒータが対向するようにウエハとヒータ基板とを密着させるステップと、ヒータを加熱して光導波路のチップ端面近傍の部分のコアドーパントを熱拡散させるステップとを備えている。【選択図】　　　　図２
2004117563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が光導波路を有する複数のチップが切り出されるウエハを提供するステップと、
前記光導波路のチップ端面近傍の部分に対応して選択的に発熱するヒータを有するヒータ基板を提供するステップと、
前記光導波路のチップ端面近傍の部分と前記ヒータが対向するように前記ウエハと前記ヒータ基板とを密着させるステップと、
前記ヒータを加熱して前記光導波路のチップ端面近傍の部分のコアドーパントを熱拡散させるステップとを備えた導波路型光デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記密着させるステップは、前記ウエハを全体的に均一に加熱するための第２のヒータ基板と前記ヒータ基板とにより前記ウエハを挟み込むステップである請求項１記載の導波路型光デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記ヒータ基板を提供するステップは、絶縁体からなる基板上に前記ヒータとなる抵抗体を膜形成するステップを含む請求項１記載の導波路型光デバイスの製造方法。
【請求項４】
各々が光導波路を有する複数のチップが切り出されるウエハを提供するステップと、
前記光導波路のチップ端面近傍の部分に対応して選択的に発熱するヒータを前記ウエハ上に形成するステップと、
前記ヒータを加熱して前記光導波路のチップ端面近傍の部分のコアドーパントを熱拡散させるステップとを備えた導波路型光デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記形成するステップは、前記ヒータとなる抵抗体を前記ウエハ上に膜形成するステップを含む請求項４に記載の導波路型光デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は導波路型光デバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットの普及に伴うＩＰトラフィックの爆発的増加が引き金となり、基幹通信網においては高密度波長分割多重（Ｄｅｎｓｅ　Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）フォトニックネットワークの導入による高速大容量化が、また、加入者網においては非対称ディジタル加入者線ＡＤＳＬ（Ａｓｙｎｃｒｏｎｏｕｓ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ　Ｌｉｎｅ）等によるブロードバンド化が進展している。
【０００３】
その一方で、両者をつなぐ都市内通信網（メトロ網）の高速大容量化が遅れており、通信トラフィックのボトルネックとなりつつある。その解決のため、ＷＤＭフォトニックネットワーク技術のメトロ網への適用が検討されている。メトロ網では基幹通信網に比べて各ノードに配置される伝送装置のコスト比率が高まるため、光伝送装置の低コスト化が重要な課題となっている。
【０００４】
光伝送装置を構成する光部品の抜本的な低コスト化に向けて、小型・高集積化に好適な平面光導波回路（ＰＬＣ；Ｐｌａｎａｒ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）の適用が進められている。ＰＬＣは光導波回路を平面基板上に集積した光部品であり、チップサイズを縮小する目的で、曲がり半径を小さくすることができる高Δ光導波路（比屈折率差Δが大きい光導波路）が開発されている。
【０００５】
高Δ光導波路と光ファイバの光接続では、両者の導波モードを整合させる必要がある。シングルモード条件から決定される高Δ光導波路のコア寸法は、Δが大きい程小さくなる。従ってチップの小型化を狙って高Δ化すれば、光ファイバと高Δ光導波路の導波モード不一致が拡大し、両者間の光結合損失が増大する。この損失増加を抑えるために、光ファイバと高Δ光導波路の導波モードを整合する必要が生じる。
【０００６】
光ファイバと高Δ光導波路をモード整合するために、従来は例えば図１に示されるような技術が採用されていた。
【０００７】
図１の（Ａ）に示されているのはテーパ光導波路を用いるものである。導波路基板２上に形成されたコア４をクラッド６で覆うことにより導波路型光デバイスが構成されており、コア４の先端はテーパ部４Ａが形成されている。そして、テーパ部４Ａによりコア４での基本モードが光ファイバ８の伝搬モードに概ね合致するようにされている（例えば、水野他、「超高ΔＰＬＣにおける狭テーパ構造を用いたスポットサイズ変換」２００１年電子情報通信学会、エレクトロニクスソサイエティ大会、Ｃ−３−９７）。
【０００８】
図１の（Ｂ）に示されているのは細径コアファイバを用いた中継によるものである。導波路型光デバイスのコア４とモード整合する細径のコア１０Ａを有する細径コアファイバ１０を光ファイバ８と導波路型光デバイスとの間に介在させるものである。光ファイバ８のコア８Ａはコア細径ファイバ１０のコア１０Ａよりも太く、これらの間でモード不整合が生じるので、これを回避するためにＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｅｘｐａｎｄｅｄ　Ｃｏｒｅ）接続が採用される。ＴＥＣ接続では、光ファイバ８とコア細径ファイバ１０の融着接続に際して、加熱時間を調節することでコアのドーパントが熱拡散され、太さの異なるファイバ間のモード整合が可能になる。
【０００９】
図１の（Ｃ）に示されているのはコア拡大光導波路によるものである。導波路型光デバイスのコア４の先端を加熱処理してコア拡大部４Ｂを形成し、コア４と光ファイバ８のモード整合を図るものである（例えば、特開平４−２２０６０９号）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図１の（Ａ）に示されるテーパ光導波路を用いるものでは、ウエハプロセスでテーパ光導波路を一括に整形することができるので低コスト化が可能であるが、テーパ光導波路により変換されたモードが光ファイバのモードと異なるので、テーパ形状を最適化したとしてもモード不整合による損失が生じるという問題がある。
【００１１】
図１の（Ｂ）に示される細径コアファイバによる中継を用いるものでは、光導波路と細径コアファイバ間は導波モードが整合し低損失であり、また、細径コアファイバと通常のファイバ間はＴＥＣ接続により低損失であるものの、細径コアファイバが高価であることとファイバ一組毎のＴＥＣ接続が必要であることから低コスト化が困難であるという問題がある。
【００１２】
図１の（Ｃ）に示されるコア拡大光導波路によるものでは、コア拡大光導波路と光ファイバ間で導波モードが整合するので低損失あるが、コア拡大光導波路を作製するのに手間がかかるので低コスト化が困難である。
【００１３】
よって、本発明の目的は、高Δ光導波路に代表される導波路型光デバイスと光ファイバとの光接続を低損失で且つ低コストで実現するのに適した導波路型光デバイスの製造方法を提供することである。本発明の他の目的は以下の説明から明らかである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、各々が光導波路を有する複数のチップが切り出されるウエハを提供するステップと、光導波路のチップ端面近傍の部分に対応して選択的に発熱するヒータを有するヒータ基板を提供するステップと、光導波路のチップ端面近傍の部分とヒータが対向するようにウエハとヒータ基板とを密着させるステップと、ヒータを加熱して光導波路のチップ端面近傍の部分のコアドーパントを熱拡散させるステップとを備えた導波路型光デバイスの製造方法が提供される。
【００１５】
この方法によると、光導波路のチップ端面近傍の部分に対応して選択的に発熱するヒータを有するヒータ基板を用いているので、コア拡大光導波路を形成したい部分が複数ある場合に、光導波路のチップ端面近傍の部分のコアドーパントを熱拡散させることを一括に行うことができ、製造方法の簡略化を通して導波路型光デバイスの低コスト化が可能になる。また、コアドーパントを熱拡散して得られたコア拡大光導波路と光ファイバのモード整合は良好なので導波路型光デバイスと光ファイバを接続する場合の損失を小さく抑えることができる。
【００１６】
本発明の他の側面によると、各々が光導波路を有する複数のチップが切り出されるウエハを提供するステップと、光導波路のチップ端面近傍の部分に対応して選択的に発熱するヒータをウエハ上に形成するステップと、ヒータを加熱して光導波路のチップ端面近傍の部分のコアドーパントを熱拡散させるステップとを備えた導波路型光デバイスの製造方法が提供される。
【００１７】
この方法によると、前述した本発明の作用・効果に加えて、ヒータが直接ウエハ上に形成されるので、コア拡大光導波路の形成が更に容易になるという作用・効果が得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
図２を参照して、本発明による方法の第１実施形態を説明する。この実施形態では、導波路型光デバイスの複数のチップ１４が切り出されるウエハ１２が用いられる。各ウエハ１２は比較的高屈折率な部分からなる埋め込み型の光導波路１５を有している。
【００２０】
後の工程において、チップ１４がウエハ１２から切り出されたときに、光導波路１５の当該チップ１４の端面近傍の部分を加熱することによりドーパントを熱拡散させて、図１の（Ｃ）に示されるようなコア拡大光導波路を提供することができる。しかし、チップ１４を切り出した後にこのような熱処理を個別に実施するのには長時間を要するので、導波路型光デバイスの製造コストが増大してしまう。
【００２１】
そこで、本実施形態では、切り出されるべきチップ１４の端面近傍の部分に対応する領域１６に関して、一括に熱処理を実施することができるような手順及び器具が用いられる。
【００２２】
具体的には、図２の（Ｂ）に示されるように、領域１６に対応して選択的に発熱するヒータ２０を有するヒータ基板１８が用いられる。ここでは、ヒータ２０は、セラミック等の絶縁体からなるヒータ基板１８上に通電により発熱する抵抗体を膜形成することによって得られる。
【００２３】
ヒータ２０として膜形成された抵抗体は、例えば金等の低抵抗な通電ライン２２及び２４間に並列に接続され、これにより各ヒータに同じ値の電流が流れ得るようになっている。また、ヒータ基板１８上には、ウエハ１２の位置決め用にオリフラ（Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ　Ｆｌａｔ）合わせマーク２６及びウエハ１２の円周に沿った少なくとも３つのウエハ合わせマーク２８が設けられている。
【００２４】
熱処理の具体的な手順は次の通りである。先ず、ウエハ１２のチップ１４が表出している側の面がヒータ基板１８のヒータ２０形成面に対向し、且つ、領域１６がヒータ２０に対向するようにウエハ１２をヒータ基板１８に密着させる。
【００２５】
このとき、ウエハ１２のオリフラＯＦをオリフラ合わせマーク２６に合わせ、ウエハ位置合わせマーク２８に囲まれるようにウエハ１２をヒータ基板１８に密着させることによって、ウエハ１２とヒータ基板１８の上述の相対的位置関係を容易に得ることができる。
【００２６】
本実施形態では、ウエハ１２の加熱を効率良く行うために、図２の（Ｃ）に示されるように、ウエハ１２はヒータ基板１８及び第２のヒータ基板３０により挟んで支持される。この状態でヒータ基板１８及び第２のヒータ基板３０によりウエハ１２を加熱することにより、コア拡大光導波路を一括に作製することができる。ヒータ基板１８及び３０による加熱条件は次の通りである。
【００２７】
即ち、第２のヒータ基板３０による加熱温度は、ウエハ１２における光導波路１５のドーパントが熱拡散してコア拡大がもたらされる温度よりもやや低く設定され、ヒータ基板１８による領域１６の選択的な加熱温度は、ウエハ１２における光導波路１５のドーパントが熱拡散してコア拡大がもたらされる温度よりも高く設定される。これにより、領域１６にて選択的にコア拡大を行わせて、各チップ１４に関して一括にコア拡大光導波路を作製することができる。
【００２８】
図３は本発明方法の第２実施形態を説明するための図である。ここでは、図２に示される領域１６（図３では図が不明瞭になることを避けるために図示省略）を選択的に効率良く加熱するために、図２のヒータ２０に対応するヒータ３２がウエハ１２上に直接形成されている。また、図２に示される通電パターン２２及び２４に対応する通電パターン３４及び３６がヒータ３２と同じくウエハ１２上に形成されている。
【００２９】
この実施形態では、ヒータ３２に通電して領域１６を選択的に加熱するために、図３の（Ｂ）に示されるようなウエハ加熱用治具３８が用いられる。ウエハ加熱用治具３８はセラミック等の絶縁体から形成されており、その表面にはヒータ３２に通電するための給電ライン４０及び４２が形成されている。ウエハの熱処理に際しては、給電ライン４０及び４２をそれぞれ通電ライン３４及び３６にボンディングワイヤ４４により接続してヒータ３２への給電が行われる。
【００３０】
ウエハ１２の加熱を効率良く行うために、図３の（Ｃ）に示されるように、ウエハ１２はウエハ加熱用治具３８及びヒータ基板４６により挟んで支持される。この状態でヒータ３２及びヒータ基板４６によりウエハ１２を加熱することにより、コア拡大光導波路を一括に作製することができる。ヒータ３２及びヒータ基板４６による加熱条件は次の通りである。
【００３１】
即ち、ヒータ基板４６による加熱温度は、ウエハ１２における光導波路１５のドーパントが熱拡散してコア拡大がもたらされる温度よりもやや低く設定され、ヒータ３２による領域１６の選択的な加熱温度は、ウエハ１２における光導波路１５のドーパントが熱拡散してコア拡大がもたらされる温度よりも高く設定される。これにより、領域１６にて選択的にコア拡大を行わせて、各チップ１４に関して一括にコア拡大光導波路を作製することができる。
【００３２】
この実施形態では、ヒータ３２が直接ウエハ１２上に形成されているので、ヒータ３２とウエハ１２の密着度が前実施形態よりも高く、従って効率良く領域１６を選択的に加熱することができる。
【００３３】
また、可変光アッテネータ等の導波路型光デバイスでは、光導波路の屈折率を変化させるためにその構成要素としてヒータを備えていることがあるので、そのヒータの製造プロセスでコア拡大光導波路を得るためのヒータ３２を作製することによって、ヒータ３２の形成を別途行う必要が無く、プロセスを簡略化することができる。
【００３４】
図４は本発明に適用可能な光導波路の断面図である。この図を用いて、光導波路及びヒータの製造プロセスの具体例を説明する。ここでは、光導波路の比屈折率差は０．７５％、コア寸法は６μｍ×６μｍ、コアドーパントはＧｅ（ゲルマニウム）、コアの上下に２０μｍのクラッドを形成する場合について説明する。
【００３５】
先ず、Ｓｉ（シリコン）基板４８上に火炎堆積法により比較的低屈折率なアンダークラッド５０を形成する。次いで、アンダークラッド５０上に比較的高屈折率なコア層を堆積させ、光導波路のコア５２として残す部分を除きＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）法により除去してコア５２を形成する。そして、コア５２を覆うようにアンダークラッド５０上にこれと同じ屈折率のオーバークラッド５４を形成する。
【００３６】
そして、最後にオーバークラッド５４上にヒータとなる抵抗体５６を形成する。その具体的な手順は次の通りである。
【００３７】
先ず、オーバークラッド５４上にレジストを塗布し、ヒータ形成領域（２ｍｍ×２０μｍ）のレジストを除去する。次いで、密着材としてのＴｉ（チタン）を０．１μｍ、抵抗体としてのＣｒ（クロム）を１μｍ蒸着する。そして、ウエハをアセトンに浸してレジストを溶解し、ヒータ形成領域以外のＣｒ／Ｔｉ層を剥離する。
【００３８】
次に、図２、図３に示される実施形態におけるコア拡大光導波路の作製方法の具体例について説明する。
【００３９】
先ず、ヒータ基板１８（図２参照）又はヒータ基板４６（図３参照）によりウエハ全体を９００℃に加熱し、コア拡大光導波路を形成するためにヒータ２０又は３２（抵抗体５６）に通電して、領域１６（図２参照）の温度が１３００℃に維持されるようにして、これを５時間継続する。
【００４０】
テーパ長が１ｍｍのコア拡大光導波路を得ようとする場合、ヒータに必要な幅は隣接する２つのチップ分で２ｍｍとなる。ウエハの全体の温度よりも４００℃高い温度（１３００℃−９００℃）に領域１６を加熱するためには、ヒータ一つあたり例えば約２Ｗの電力が必要である。
【００４１】
図５は得られたコア拡大光導波路を説明するための図である。図５の（Ａ）は熱処理前、図５の（Ｂ）は熱処理後の様子を示している。熱処理前には光導波路４のコア径が均一に小さく、しかも比屈折率差が大きいので、この光導波路４を光ファイバと光学的に接続したときに損失が１ヶ所あたり０．５ｄＢと大きい。
【００４２】
これに対して、本発明に従ってコア拡大光導波路４Ｂを形成すると、その部分における比屈折率差が小さくなると共にコア寸法が大きくなるので、光導波路の導波モードが光ファイバのそれに近づく。従って、光ファイバとの接続損失を大幅に低減することができる。具体的な数値例を挙げると、損失は１ヶ所あたり０．２ｄＢ以下である。
【００４３】
尚、図４に符号５８で示されているのはコア５２によって導波される光の電界分布の存在範囲であり、これがオーバークラッド５４内にある限りは、抵抗体５６を本発明方法に使用した後に放置しておいても、導波路損失が増大する等の問題は生じない。従って、抵抗体５６を除去する工程を省略することができ、製造コストを下げることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、高Δ光導波路に代表される導波路型光デバイスと光ファイバとの光接続を低損失で且つ低コストで実現するのに適した導波路型光デバイスの製造方法を提供することが可能になるという効果が生じる。本発明の特定の実施形態により得られる効果は以上説明した通りであるので、その説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は導波路型光デバイスと光ファイバの従来の接続方法を説明するための図である。
【図２】図２は本発明方法の第１実施形態を説明するための図である。
【図３】図３は本発明方法の第２実施形態を説明するための図である。
【図４】図４は本発明方法の実施に適用可能な光導波路の断面図である。
【図５】図５はコア拡大光導波路を説明するための図である。
【符号の説明】
４，１５　光導波路
１２　ウエハ
１４　チップ
２０，３２　ヒータ
【図１】
2004117563.tif 000003
【図２】
2004117563.tif 000004
【図３】
2004117563.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004117563.tif 000007