(57)【要約】【課題】従来の問題であったフィルタ用溝の位置検査の精度を向上させることができる光導波路デバイスを提供すること。【解決手段】基板上にコア、クラッド及び導波光を合分波または反射させるための部品設置用溝または部品設置用端面を有する光導波路デバイスであって、前記溝端面等から５０〜１３０μｍの位置に中心を有するマークを有する光導波路デバイス。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にコア、クラッド及び導波光を合分波または反射させるための部品設置用溝または部品設置用端面が形成された光導波路デバイスであって、さらに少なくとも一つのマークが形成されており、かつ前記部品設置用溝のマーク側端面または部品設置用端面から前記マークの少なくとも一部分までの距離が２０〜２００μｍであることを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項２】
該マーク上の少なくとも一部分がマークのエッジまたはマークの中心である、請求項１に記載の光導波路デバイス。
【請求項３】
該マークの形状が多角形であり、前記多角形の少なくとも一辺が該光導波路デバイスの長手方向と垂直に形成されている、請求項１または２のいずれか一項に記載の光導波路デバイス。
【請求項４】
該多角形が長方形である、請求項３に記載の光導波路デバイス。
【請求項５】
該長方形の、該光導波路デバイスの長手方向と同方向の辺の長さが５０〜２５０μｍであり、かつ該部品設置用溝のマーク側端面または部品設置用端面から該マークの中心までの距離が５０〜１３０μｍである、請求項４に記載の光導波路デバイス。
【請求項６】
該マークが少なくとも２個形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光導波路デバイス。
【請求項７】
該マークと該コアが同一材料で形成されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光導波路デバイス。
【請求項８】
該マークの周囲に該コア材料より光透過率が低い材料によりコントラスト領域が形成されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光導波路デバイス。
【請求項９】
該コントラスト領域が、樹脂レジスト又はその加熱分解物により構成されている請求項８に記載の光導波路デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導波光を合分波または反射させるための部品設置用溝または部品設置用端面を有する光導波路デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のパソコンやインターネットの普及に伴い、情報伝送需要が急激に増大している。このため、伝送速度の速い光伝送を、パソコン等の末端の情報処理装置まで普及させることが望まれている。これを実現するには、光インターコネクション用に、高性能な光導波路デバイスを、安価かつ大量に製造する必要がある。
【０００３】
光導波路の材料としては、ガラスや半導体材料等の無機材料と、樹脂が知られている。無機材料により光導波路を製造する場合には、真空蒸着装置やスパッタ装置等の成膜装置により無機材料膜を成膜し、これを所望の導波路形状にエッチングすることにより製造する方法が用いられる。また、樹脂によって光導波路を製造する場合には、成膜工程を、塗布と加熱により大気圧中で行う。
【０００４】
また、コア並びにクラッド層を構成する樹脂としては、種々のものが知られているが、ガラス転移温度（Ｔｇ）が高く、耐熱性に優れるポリイミドが特に期待されている。ポリイミドによりコアおよびクラッド層を形成した場合、長期信頼性が期待でき、半田付けにも耐えることができる。このポリイミドの中でも透過率、屈折率特性から通常フッ素を含むポリイミドが適用されている。
【０００５】
導波路の種類によっては、光を合分波または反射させるフィルタ等の光部品を設置するが、このフィルタの位置によっては光損失が大きくなってしまうという不具合が生じる。通常、フィルタを設置するための溝はダイシング等により形成されているが、光損失が約０．２ｄＢ程度以下となるように、溝の位置ずれを数μｍ以内に収める必要がある。従って、フィルタ用溝をダイシングした後、溝の位置の検査を精度よく行う必要がある。
ダイシングした溝の位置の検査は従来、各光導波路デバイス片の各端面から、フィルタ用溝端面までの距離（約５〜１０ｍｍ）を測定して行っていた。しかし、０．１μｍ程度の検査精度を保つために高倍率顕微鏡（約５０倍程度）で検査を行うと、デバイス片の端面とフィルタ用溝の端面が顕微鏡の一視野に入らないため、ステージ移動（視野の移動）を行って検査する必要があり、このようなステージ移動による誤差（±２μｍ）が生じていた。また、フィルタ用溝がコア中心線に対して垂直ではなく、斜めにダイシングされてしまう場合もあり、そのようなデバイスを検出する必要もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、従来の問題であったフィルタ用溝の位置検査の精度を向上させることができる光導波路デバイスを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板上にコア、クラッド及び導波光を合分波または反射させるための部品設置用溝または部品設置用端面が形成された光導波路デバイスであって、さらに少なくとも一つのマークが形成されており、かつ前記部品設置用溝のマーク側端面または部品設置用端面から前記マークの少なくとも一部分までの距離が２０〜２００μｍであることを特徴とする光導波路デバイスを提供する。
本発明の好ましい光導波路デバイスは、マーク上の少なくとも一部分がマークのエッジまたはマークの中心である、上記光導波路デバイスである。
また、本発明の好ましい実施態様は、上記マークの形状が多角形であり、前記多角形の少なくとも一辺が該光導波路デバイスの長手方向と垂直に形成されている上記光導波路デバイスである。さらに該多角形は長方形であることが好ましい。さらに本発明の好ましい実施態様としては、上記長方形の、該光導波路デバイスの長手方向と同方向の辺の長さが５０〜２５０μｍであり、かつ該部品設置用溝のマーク側端面または部品設置用端面から該マークの中心までの距離が５０〜１３０μｍである、上記光導波路デバイスが挙げられる。
また、本発明の好ましい光導波路デバイスは、前記マークを少なくとも２個有する。また、本発明の他の好ましい光導波路デバイスでは、コアとマークが同一材料で形成されている。
また、本発明の他の好ましい実施態様では、マークの周囲にコア材料より光透過率が低い材料がコントラスト領域が形成されている。本発明のさらに好ましい実施態様では、前記コントラスト領域が、樹脂レジスト又はその加熱分解物により構成されている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の光導波路デバイスについて以下説明する。本発明の光導波路デバイスは、基板上にコア、クラッド及び導波光を合分波または反射させるための部品設置用溝または部品設置用端面が形成された光導波路デバイスであって、さらに少なくとも一つのマークが形成されており、かつ前記部品設置用溝のマーク側端面または部品設置用端面から前記マークの少なくとも一部分までの距離が２０〜２００μｍであることを特徴とする。
本発明の光導波路デバイスに使用される基板の例としては、ガラス、石英、シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化タンタル、ガリウムヒ素等の無機材料基板が挙げられる。
【０００９】
本発明の好ましい実施態様において、コア材料及びクラッド材料はポリマーである。ポリマーとして好ましいものは、ポリイミド樹脂、特にフッ素化ポリイミド樹脂である。
本発明において、導波光を合分波または反射する部品とは、通常、誘電多層膜等のフィルタや反射ミラー等が挙げられる。
導波光を合分波または反射させるための部品設置用溝または部品設置用端面とは上述したフィルタやミラーを設置するための溝または端面であって、通常、ダイシングソーによりコア、クラッド及び基板または基板の一部を切除して形成されるものである。“溝のマーク側端面”とは、マークに近い側の溝の端面を意味する。
【００１０】
本発明の光導波路デバイスには、少なくとも一つのマークが形成されている。
本発明の特徴は、上述した部品設置用溝のマーク側端面または部品設置用端面から、このマーク上の少なくとも一部分までの距離が２０〜２００μｍである。マーク上の少なくとも一部分とは、マーク上で測定により決定しやすい位置であればいずれの部分であってもよく、例えば、マークのエッジ部分、マークの中心等が挙げられる。
部品設置用溝のマーク側端面または部品設置用端面から、マーク上の少なくとも一部分までの距離が５０μｍ未満であると、１回の検査領域（通常、５０×１５０μｍ程度）内にマークの測定位置（例えば、いずれかのエッジ部分）と溝の測定位置（通常、いずれかの端面）の双方が入る場合があり、マーク検出が不安定となるため好ましくない。また、上記距離が１００μｍより遠い場合には、一視野（通常、１６０×２００μｍ）内にマークの検査領域と溝の検査領域が入らず、ステージ移動が必要となるため好ましくない。
【００１１】
マークの形状は特に限定されず、円形、楕円形、三角形、四角形等の多角形、十字、Ｌ字、口の字、田の字のように中央部を欠失させたもの等任意の形状で良い。本発明において、マークの位置の検査が簡便であることから、マークの形状としては多角形であることが好ましく、さらにその少なくとも一辺が光導波路デバイスの長手方向と垂直に形成されていることが好ましい。マークの大きさは、マークの少なくとも一部分の検査領域が顕微鏡の一視野に入る大きさであればよく、特に限定されないが、導波路の設計上適当な大きさであることが好ましい。
例えば、縦方向（光導波路デバイス長手方向に対し垂直方向）が約５０〜２５０μｍ程度であり、横方向（光導波路デバイス長手方向と平行方向）が５０〜１００μｍ程度であることが好ましい。
【００１２】
本発明の一つの実施態様として、マークの形状が長方形であり、かつマークが光導波路デバイスの長手方向と垂直に形成されている場合が挙げられる。この場合には、光導波路デバイスの長手方向に対して垂直方向の、マークの長辺（二辺）双方についてそれぞれ位置を測定してその平均値をとることにより、マークの中心と部品設置用溝マーク側端面または部品設置用端面との距離を測定することができる。
このような長方形のマークを使用する場合、さらに該光導波路デバイスの長手方向と同方向の辺の長さが５０〜１００μｍであり、かつ該部品設置用溝のマーク側端面または部品設置用端面から該マークの中心までの距離が５０〜１３０μｍであることが好ましい。すなわち、このような幅を有する長方形について上述したように光導波路デバイスの長手方向に対して垂直方向の、マークの長辺二辺についてそれぞれ測定してその平均値をとる場合には、該部品設置用溝のマーク側端面または部品設置用端面から該マークの中心までの距離が５０μｍ未満となると、１回の検査領域（５０×１５０μｍ程度）内にマークの測定位置（溝側の辺）と溝の測定位置（マーク側端面）の双方が入り、マーク検出が不安定となるため好ましくない。また、該部品設置用溝のマーク側端面または部品設置用端面から該マークの中心までの距離が１３０μｍより長くなると、マークの溝と反対側の辺に対する検査領域と溝のマーク側端面の検査領域が一視野（通常、１６０×２００μｍ）内に入らず、ステージ移動が必要となるため好ましくない。
なお、マークは一箇所でもよいが、二箇所以上に設ける方がより精度が高くなるため好ましい。
【００１３】
本発明の光導波路デバイスの構造は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）の被膜（厚みは好ましくは０．５〜１０μｍ）を形成したシリコン基板上に、必要により接着層（例えば、有機ジルコニウム化合物層、又はこの層の上にさらに設けられた非フッ素化ポリイミド系樹脂層）を設ける工程、下部クラッド（厚みは好ましくは５〜３０μｍ）を設ける工程、下部クラッドの上にコア（厚みは好ましくは４〜１５μｍ）及びマーク（厚みは好ましくはコアと同じ４〜１５μｍ）を設ける工程、前記マークの周辺に前記コア材料及び前記クラッド材料よりも光透過率の低い材料で構成され、前記コアの厚み以下の厚みを有するコントラスト領域（幅が好ましくは５μｍ以上）を設ける工程、前記コア、前記下部クラッド、及び前記マークを設ける工程、必要により前記コントラスト領域を覆うように上部クラッド（厚みは好ましくは５〜３０μｍ）を設ける工程、更に必要により上部クラッドの上に保護層（厚みは好ましくは０．５〜１０μｍ）を設ける工程、及びダイシングにより部品設置用溝または部品設置用端面を設ける工程をこの順に実施することにより製造される。
【００１４】
マークは、コアを形成する際に使用するコア作成用マスクに形成されており、コアのパターニングの際にコアと同一の材料を用いて同時に形成することが望ましい。
【００１５】
本発明の光導波路デバイスにおいては、マークの周辺に、前記コア材料及び前記クラッド材料よりも光透過率の低い材料で構成された、コントラスト領域が設けられていることが好ましい。すなわち通常、光導波路デバイスに使用されるコアとクラッド材料は伝搬損失などの光特性を維持する必要があるため、屈折率差を小さく設定している。従って、特にコアと同一の材料を用いて形成されたマークは見えにくい場合があるため、このようなコントラスト領域を設けることが好ましい。
【００１６】
コントラスト領域を構成する材料としては、前記コア材料及び前記クラッド材料よりも光透過率の低い材料であれば特に制限はなく、例えば、フォトレジスト樹脂、例えば、ノボラック樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等；アルミニウム、銅、クロム、チタン等の金属；セラミックス；グラファイト、カーボンブラック等の顔料；染料；及びこれらの２種以上の組合せから成る材料が挙げられる。
コントラスト領域の幅は５μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上、さらに好ましくは１０〜５０μｍが望ましい。コントラスト領域の厚みは、好ましくは０．５μｍ以上、さらに好ましくは１μｍ以上であり、最大コアの厚み以下である。
【００１７】
コントラスト領域の形成方法は特に限定されず、塗布、印刷（例えば、スクリーン印刷）、ディスペンサー、蒸着等が使用できる。また、ブラウン管のブラックマトリクスを形成する際適用される方法や、グラファイトやカーボンブラック等の分散液をスピン塗布又はパドル塗布などで塗布する方法も利用できる。
例えば、コア及びマークを形成した後、フォトレジスト樹脂を塗布し、必要によりプリベークし、マーク及びその周辺のパターンを有するマスクを介して露光、現像し、マーク及びその周辺の上部に残存するレジスト樹脂を加熱処理して炭化することにより、容易に形成することができる。レジスト樹脂の塗布量を調整することにより、マーク上部のレジスト樹脂は周辺領域より膜厚が薄くなり、現像及び加熱処理工程で殆ど消失させることができ、炭化物で構成されたコントラスト領域をマーク周辺にのみ形成することができる。この際、必要により、コアの周辺に同時に炭化物で構成されたコントラスト領域を形成すると、この領域はクロストーク低減手段として機能する。
【００１８】
また、コア及びマークを形成した後、ポジ型レジスト樹脂を塗布し、マーク周辺領域のパターンを有するマスクを介して露光、現像し、マーク周辺領域のみを露出させ、この露出部位に、前記コア材料及び前記クラッド材料よりも光透過率の低い材料を、蒸着、塗布、印刷その他の手段により付着させ、コントラスト領域を形成することができる。この際、必要により、コアの周辺に同時にコントラスト領域を形成すると、この領域はクロストーク低減手段として機能する。
【００１９】
なお、本発明の光導波路デバイスにおけるマークは上述したような部品設置用溝または部品設置用端面の位置検査に使用する他、導波路デバイスのダイシング位置や、レーザーダイオードやフォトダイオード等の光素子の設置位置等の位置決めにも使用できることは当業者に明らかである。
【００２０】
以下、本発明のマークを用いた場合の溝位置の検査について、マークを二つ設けた場合の測定について説明する。なお、一つ設けた場合でも同様に検査を行うことができることは当業者に明らかである。
図１は本発明の光導波路デバイスの１実施態様を上面からみた模式図であり、図２はマークと溝の部分を拡大した図である。また、図３は図１においてＡ−Ａ線で切断した端面図である。コア４に対して、コアの中心線１０から２００μｍの位置及び溝８のマーク側端面から約１００μｍの位置にマーク６、６’（幅５０μｍ×長さ２００μｍ）が設けられている。マーク６、６’の周囲にはコントラスト領域７、７’が設けられている。検査領域９Ａ〜９Ｃ及び９Ａ’〜９Ｃ’をそれぞれ画像処理エッジ検出測長機（端面を画像処理して検出する装置）で検査し、マークの中心から溝８のマーク側端面までの距離ａ及びｂを測定する。ａ及びｂの平均値：（ａ＋ｂ）／２を計算により得て、これを溝８のマーク側端面までの距離とする。この値と設計値とを比較して、２本のコアの交点と溝の位置のずれを検査する。
以上の方法により、ステージ移動をせずとも、一視野で溝位置の検査を行うことが出来、またダイシングにより溝が斜めに設置されてしまった場合でもコアの交点と溝の位置のずれを高精度に検査することができる。
【００２１】
【実施例】
本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。
（実施例１）
基板１として直径１２５ｍｍのシリコンウエハを用意し、この基板１の上に図１及び図３に表される構造を備える構成単位を多数配列して形成した後、当該構成単位毎にダイシングにより切り離すことで、多数の図１の光導波路デバイス１００を一度に製造した。この実施例では、成膜やパターニング等は、ウエハ状の基板１全体で一度に行った。
【００２２】
（１）下部クラッド３の形成工程
シリコン基板１の上面全体にフッ素含有ポリイミド樹脂をスピン塗布して材料溶液膜を形成した。その後、乾燥器を用い１００℃で３０分間、次いで２００℃で３０分間加熱することにより溶媒を蒸発させ、続けて３７０℃で６０分加熱することにより樹脂を硬化させて、厚さ６μｍの下部クラッド３を形成した。
【００２３】
（２）コア４及びマーク６、６’の形成工程
この下部クラッド３の上に、下部クラッド３よりも高い屈折率を有するフッ素含有ポリイミド樹脂をスピン塗布して材料溶液膜を形成した。その後、乾燥器を用い１００℃で３０分間、次いで２００℃で３０分間加熱することにより溶媒を蒸発させ、続けて３５０℃で６０分加熱することにより樹脂を硬化させて、コア４及びマーク６、６’となる厚さ６μｍのポリイミド膜を形成した。
【００２４】
得られたポリイミド膜を、フォトリソグラフィによりコア４及びマーク６、６’の形状にパターニングした。具体的には、コア４及びマーク６、６’となるポリイミド膜の上にポジシリコーン含有フォトレジストを乾燥膜厚２μｍとなるようにスピン塗布し、１００℃で乾燥後、コア４及びマーク６、６’の形状のパターンを有するマスクを介して水銀ランプで露光、現像して、レジストパターン層を形成した。このレジストパターン層をマスクとして前述のポリイミド膜を酸素でリアクティブイオンエッチング（Ｏ２−ＲＩＥ）することにより、基板１上にコア４及びマーク６、６’を多数配列して形成した。その後、レジストパターン層を剥離した。
【００２５】
（３）コントラスト領域７、７’の形成工程
次に、ネガフォトレジストをスピンコータで乾燥膜厚約１μｍとなるように塗布し、９０℃で５分間プリベークした後、マーク６、６’全体（及びコア４、もしくはマーク６、６’、コア４、及び下部クラッド３の全体）及びマーク６、６’の外縁から少なくとも２０μｍ以上外側までの領域（コントラスト領域７、７’となる部分）が覆われるように、フォトリソグラフィ法によりフォトレジストをパターニングした。次いで、ホットプレートにより、３５０℃３０分加熱し、フォトレジストを熱分解して炭化した。コントラスト領域７、７’の幅Ｌは少なくとも５μｍ以上となるようにすれば良い。
【００２６】
フォトレジストの膜厚が厚すぎると、光がコア４も透過せず、マーク６、６’のエッジのみを検出することになる。しかし、フォトレジストの膜厚が、約２μｍ以下であれば、マーク６、６’上のフォトレジストの膜厚は薄く、また現像液により若干現像除去されるため、マーク６、６’上には、フォトレジストが実質的に残らない。そのため、光がマーク６、６’は透過するが、コントラスト領域７、７’は透過しないため、マーク６、６’のエッジが明瞭に視認されることとなる。
【００２７】
（４）上部クラッド５の形成工程
次に、コア４、下部クラッド３、マーク６、６’及びコントラスト領域７、７’の全体を覆うように、フッ素含有ポリイミド樹脂をスピン塗布した。得られた材料溶液膜を、乾燥器で１００℃で３０分、次いで、２００℃で３０分加熱して材料溶液膜中の溶媒を蒸発させ、３５０℃で６０分加熱することによりポリイミド膜の上部クラッド５を形成した。コントラスト領域７は炭化しているため、上部クラッド５の溶剤であるジメチルアセトアミドに溶解することなく、コントラスト向上膜としての役割を果たす。コントラスト領域７の炭化が不足している場合、上部クラッド５の形成の際に上部クラッド５の溶剤で溶解してしまうため、不具合が生ずる。このため、コントラスト領域７、７’の炭化処理は充分に行う必要がある。
【００２８】
（５）ダイシング工程
その後、ダイシングソーを用いて、部品設置用溝８を形成した（溝８の幅、深さ等）。なお、マーク６及び６’の中心と、溝８のマーク側の端面との距離が約１１５μｍとなるように予め設計した位置にマークを設置した。
その後、ウエハ状の基板１をダイシングにより切り出し、多数の光導波路デバイス１００を完成させた。
（６）検査工程
溝８について、図１のａ及びｂに相当する距離を画像処理エッジ検出測長機で測定した。この検査精度は、±０．１μｍであった。
【００２９】
（比較例１）
マークを設けない他は、実施例と全く同様にして光導波路デバイスを完成させた。溝８について、デバイス端面から測定したところ、一視野では測定できないため、ステージ移動を行って測定したところ、ステージ移動誤差（±２μｍ）が発生した。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の光導波路デバイスは、部品設置用溝または部品設置用端面のマーク側端面からマークの少なくとも一部分までの距離が２０〜２００μｍであるようにマークが設置されている。これによりステージ移動をせずとも、一視野で部品設置用溝または部品設置用端面位置の検査を行うことが出来、また溝が斜めの場合でもコアの交点と溝の位置のずれを高精度に検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光導波路デバイスの一例を示す断面図である。
【図２】図１の拡大図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線切断端面図である。
【符号の説明】
１：基板、３：下部クラッド、４：コア、５：上部クラッド、６、６’：マーク、７、７’：コントラスト領域、８：部品設置用溝、９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ａ’、９Ｂ’、９Ｃ’：検査領域、１０：コア中心線
【図１】
2004151336.tif 000003
【図２】
2004151336.tif 000004
【図３】
2004151336.tif 000005