(57)【要約】【課題】ガラス等の基板にフォトリソグラフィ技術を用いて光導波路を形成した光デバイスにおいて、光導波路の入出力部と光ファイバとを、低損失で、戻り反射を抑えて結合できるようにする。【解決手段】光導波路２０の入出光端面となる研磨目標位置ｘに光学的または電気的に定量観測可能な研磨モニタ３０を配設する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトリソグラフィ技術を用いた基板上への光導波路形成、基板からチップへの切断、チップの光導波路入出光端部が配置する端面の研磨、ファイバまたはファイバアレイの接続、パッケージングからなる光導波路デバイスの製造工程において、光導波路入出光端部が配置する端面研磨ライン上に、フォトリソグラフィを用いて１個以上の研磨モニタを配設し、研磨モニタの削れ量を光学的または電気的にモニタすることで、光導波路入出光端部の所定位置まで研磨することを特徴とした製造方法、およびその製造方法を用いて製作された光導波路デバイス。
【請求項２】
光導波路入出光端部の光導波路をテーパ状に拡開させた光導波路デバイスにおいて、請求項１の製造方法を用いることで、光導波路入出光端部のテーパ状部の所定位置まで研磨し、光導波路入出光端部の端面における導波路径を所定の大きさに仕上げることを特徴とした製造方法、およびその製造方法を用いて製作された光導波路デバイス。
【請求項３】
請求項１または２において、研磨モニタの所定位置まで研磨することにより、光導波路入出光端部の端面を所定の反射戻り防止角度に仕上げることを特徴とした製造方法、およびその製造方法を用いて製作された光導波路デバイス。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかにおいて、基板を複数個のチップからなるブロックへの切断後、各ブロックの光導波路入出光端部が配置する端面研磨ライン上に配設した研磨モニタを所定位置まで研磨することにより、光導波路入出光端部の端面を所定位置または所定角度に仕上げ、その後、ブロックを個々のチップに分割することを特徴とした製造方法、およびその製造方法を用いて製作された光導波路デバイス。
【請求項５】
ガラス基板にイオン交換法による光導波路が形成された光導波路デバイスにおいて、そのガラス基板に請求項１〜４のいずれかの製造方法を用いて、光導波路入出光端部の端面を所定位置または所定角度に仕上げることを特徴とした製造方法、およびその製造方法を用いて製作された光導波路デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板にフォトリソグラフィ技術を用いて光導波路パターンを形成した光導波路デバイスとその製造方法に関し、たとえばイオン交換型光導波路デバイスに適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信用光デバイスは、従来はバルク型と呼ばれる個別素子を集めて組み立てることが多かったが、最近は、たとえばイオン交換型光導波路デバイスのように、ガラス基板にフォトリソグラフィ技術を用いて光導波路パターンを形成し、この光導波路のパターンによって所定の光デバイス機能を得るようにした光導波路デバイスが主流になりつつある。この光導波路デバイスはいわゆる光集積デバイスの一種であって、光導波路は基板の面に沿って形成され、その光導波路の光入出力部は基板の断面に位置する。
【０００３】
上記光導波路デバイスは光伝送路をなす光ファイバに接続されて使用されるが、その光ファイバとの結合を低損失で正しく行わせるために、次のような技術が提供されている。すなわち、図８に示すように、光導波路２０の入出光端部２２をテーパ状に拡開させて、この拡開された端面を光ファイバ５０の入出射光端面と対面状態で結合させる。この場合、その入出光端面の光導波路径が所定の径ｄとなる端面位置ｘまで端面を研磨する。その際、従来技術では、研磨時間を制御することで目標端面位置（研磨ライン）ｘを得ていた。また、図９に示すように、光導波路２０の入出光端面が入出射光方向に対して斜め８度となるように研磨することにより光結合面での反射による戻り光を抑える。ｘはその角度θが所定の角度（θ＝８度）となる研磨目標位置（研磨ライン）を示す。従来技術では研磨治具のチップ取付け基準面を研磨砥石面に対し所定の角度とすることで、入出力端面を所定角度に仕上げていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図８に示した技術では、光導波路２０の入出光端面での光導波路径が所定の径ｄとなるように所定の端面位置ｘまで研磨するが、従来技術の研磨時間による制御では、その径を所要の精度で、かつ安定して得ることが難しく、光ファイバのモード径と光導波路径とのミスマッチによる結合損失が大きくなって、不良となることがあった。
【０００５】
また、図９に示した技術では、光導波路２０に対する端面角度の公差が極めて厳しく、従来技術の治具精度による角度制御では制御が難しく、角度不良により端面反射した光が戻る不良を発生することがあった。また、治具製作の再現性やメンテナンス性が悪く、精度を得ようとすれば、高価な治具が必要であった。研磨治具にチップまたはブロックを取り付ける際には、チップまたはブロックの切断面を治具に突き当てて幾何基準としていたが、光導波路と切断面との幾何公差は正確ではなく、角度不良の原因となっていた。
【０００６】
本発明の目的は、低コストかつ簡単な設備治具で、結合損失や戻り光による不良を低減する手段を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による手段は、フォトリソグラフィ技術を用いた基板上への光導波路形成、基板からチップへの切断、チップの光導波路入出光端部が配置する端面の研磨、ファイバまたはファイバアレイの接続、パッケージングからなる光導波路デバイスの製造工程において、光導波路入出光端部が配置する端面研磨ライン上に、フォトリソグラフィを用いて１個以上の研磨モニタを配設し、研磨モニタの削れ量を光学的または電気的にモニタすることで、光導波路入出光端部の所定位置まで研磨することを特徴とする。これにより、ファイバまたはファイバアレイとの結合損失または反射戻り光による不良を低減することができる。
【０００８】
上記手段においては、上記光導波路の入出光端部をテーパ状に拡開させて形成するとともに、上記チップの端面を上記研磨モニタの所定位置まで研磨することにより、上記光導波路の入出光端面を所定の端面径で上記チップの端面に出すことができる。また、上記チップの端面を上記研磨モニタの所定位置まで研磨することにより、上記光導波路の入出光端面を所定の反射戻り防止角度で上記チップの端面に出すことができる。
【０００９】
また、上記手段において、研磨モニタは少なくとも１個は必要であるが、精度をより高めるためには２個以上が好ましい。たとえば、２個の研磨モニタを前記入出光端面が位置する側のチップ両幅端部に振り分けて配設し、各研磨モニタをそれぞれ所定位置まで研磨するとよい。さらに、基板を複数のチップからなるブロックに切断後、ブロックの両端に設置されている上記研磨モニタの所定位置まで研磨し、このあと、ブロックをチップに分割することもできる。
【００１０】
上記方法はたとえば、ガラス基板にイオン交換法により光導波路が形成された光導波路デバイスに有効である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の技術が適用された光導波路デバイスの第１実施例を示す。同図において、（ａ）は光導波路の入出光端面が研磨加工される前の状態、（ｂ）はその研磨加工後の状態をそれぞれ示す。
【００１２】
同図に示す光導波路デバイスはガラス基板から切り取られたチップ１０にイオン交換法により所定の光回路機能をなす光導波路２０が形成されたものであって、たとえば、次のようにして作製される。
【００１３】
まず、ガラス基板に所定の光導波路パターンをなすイオン交換制御膜を形成する。ガラス基板は１価のＮａイオンを含む多成分ガラスを用いる。このガラス基板の表面にフォトリソグラフィ技術を用いて所定パターンのイオン交換制御膜を形成する。イオン交換制御膜はたとえばＴｉ膜からなるイオン透過防止膜であって、ガラス基板を溶融塩中に浸漬したときに、その溶融塩中のイオンがガラス中に浸透するのを選択的に阻止する。
【００１４】
次に、所定パターンのイオン交換制御膜が形成されたガラス基板をＡｇイオンを含む溶融塩中に浸漬して１段階目のイオン交換処理を行う。このイオン交換処理により、ガラス基板表面部のＮａイオンが局部的にＡｇイオンに交換される。この局部的なイオン交換は上記イオン交換制御膜のパターンにしたがって行われる。
【００１５】
この後、イオン交換制御膜（Ｔｉ膜）を除去して２段階目のイオン交換処理を行う。この２段階目のイオン交換処理では、ガラス基板の厚み方向に電界を印加することにより、そのガラス基板の表面部に形成されたＡｇイオン交換部分をガラス基板中に移動させる。つまり、Ａｇイオン交換部分をガラス基板中に埋め込む。このようにしてガラス基板中に埋め込まれたＡｇイオン交換部分は、その周囲の非イオン交換部分すなわちＮａイオン部分よりも光屈折率が選択的に上昇させられていることにより、光導波路を形成する。なお、上記光導波路はＫとＴｌまたはＬｉとＫのイオン交換によっても形成可能である。最後に、ガラス基板をチップに切断し、端面研磨した後、ファイバまたはファイバアレイと接合される。
【００１６】
ここで、図１に示した光導波路デバイスでは、ガラス基板から切断されたチップ１０上のイオン交換型光導波路２０が入出光端部にてテーパ状に拡開されている。そして、その入出光端部が所定の径ｄでチップ１０の端面に現れるように、そのチップ１０の端面が研磨されている。ｘはその入出光端面の径ｄが所定の大きさとなる研磨目標位置を示すが、研磨はその目標位置ｘまで行う。
【００１７】
このとき、上記研磨はチップ１０の外形を基準としては行わず、そのチップ１０の両幅端部に振り分けて配置した一対の研磨モニタ３０，３０を基準にして行う。この研磨モニタ３０，３０は光学的に読み取って電子的に形状を識別処理することがてきるように形成された光学マークであって、チップ１０の両幅端部に対をなして配設されている。この研磨モニタ３０，３０は、研磨目標位置ｘ上の所定位置に配設されている。このため、その研磨モニタ３０，３０はチップ１０の外形を基準とせず、そのチップ１０に形成された光導波路２０を基準にしてあらかじめ位置決めされている。光導波路２０はフォトリソグラフィ技術を用いて形成されるが、上記研磨モニタ３０，３０もそのフォトリソグラフィ技術を用いて上記光導波路２０と共に形成する。そのフォトリソグラフィの露光に際しては、両者（２０と３０）のパターンが互いに一定の位置関係となるような位置合せを行うか、または同時に露光する。
【００１８】
この実施例の研磨モニタ３０，３０は所定の長さを有する矩形の光学マークであって、チップ１０の端面が研磨目標位置ｘまで研磨されたときに部分的に削りとられて一定長さｋだけ残すような位置に配設されている。これにより、上記研磨モニタ３０，３０の残り長さｋを監視しながら研磨を行い、２つのモニタ３０，３０の残り長さｋ，ｋがそれぞれ所定の値になるまで研磨することにより、入出光端面の径ｄが所定の大きさになるところまで正確に研磨することができる。さらに、この研磨は光導波路２０を基準にして行うため、チップ１０と光導波路２０間の位置関係に多少の誤差があったとしても、その誤差の影響を受けることなく、常に高精度で再現性良く行うことができる。これにより、比較的簡単に設備と作業でもって、入出光端面と光ファイバとの結合を低損失で正しく行わせることができる。
【００１９】
図２は本発明の第２実施例を示す。同図において、（ａ）は光導波路の入出光端面が研磨加工される前の状態、（ｂ）はその研磨加工後の状態をそれぞれ示す。
この実施例では、光導波路２０の入出光端面が入出射光方向に対して所定角度（θ＝８度）だけ傾斜するようにチップ１０の端面を研磨する。所定角度（θ＝８度）は光結合面での反射による戻り光を抑えるための角度であって、ｘはその所定角度（θ＝８度）となる研磨目標位置を示す。この所定角度（θ＝８度）の研磨も上述した研磨モニタ３０，３０を用いて簡単かつ高精度に行わせることができる。
【００２０】
すなわち、同図に示すように、チップ１０の両幅端部に振り分けて配置した一対の研磨モニタ３０，３０の残り長さｋ１，ｋ２がそれぞれ所定の値となるところまで研磨することにより、チップ１０の端面を、入出光端面が入出射光方向に対して所定の角度（θ＝８度）になるところまで正確に研磨することができる。研磨完成時における各研磨モニタ３０，３０の残り長さｋ１，ｋ２は、モニタ３０，３０の間隔と上記所定角度（θ＝８度）などからあらかじめ算出して定めることができる。
【００２１】
図３は本発明の第３実施例を示す。同図において、（ａ）は光導波路の入出光端面が研磨加工される前の状態、（ｂ）はその研磨加工後の状態をそれぞれ示す。
この実施例では、研磨モニタ３０，３０を所定間隔の目盛３１により構成している。この場合、その目盛３１の残り本数が所定数になるところまで研磨することにより、入出光端面が入出射光方向に対して所定の角度（θ＝８度）になるところまで正確に研磨することができる。目盛３１の残り本数は拡大鏡を使って簡単に観測することができる。テーパ状に拡開された光導波路端部を研磨して所定の入出光端面径（ｄ）を出す場合にも、同様にして簡単かつ正確に研磨を行うことができる。
【００２２】
図４は本発明の第４実施例を示す。入出光端面の角度出しを行う研磨においては、同図に示すように、研磨モニタ３０，３０をその研磨角度（θ＝８度）に合せて傾斜させることにより、目盛３１の読取り精度と視認性を一層高めることができる。これにより研磨の精度をさらに高めることができる。
【００２３】
図５は本発明の第５実施例を示す。上記目盛３１の読取り精度と視認性をさらに高めるためには、同図に示すように、各目盛３１をそれぞれ、低倍率観測用の広幅目盛部３１ａ、中倍率観測用の中幅目盛部３１ｂ、高倍率観測用の細幅目盛部３１ｃといったように、段階的に異なる幅部を持つような形態にするとよい。目盛を高精度で読むためには高倍率の拡大鏡を使った方が良いが、高倍率の拡大鏡は視野が狭いため、最初から高倍率の拡大鏡で観測するのは苦しい。そこで、上述のように、各目盛３１の幅（太さ）をそれぞれ段階的に変化させれば、観測目標をとらえながら拡大鏡の倍率を段階的に高めて、最終的に高倍率観測用目盛部３１ｃによる高精度の研磨を行わせることができる。これにより、高精度の目盛合せでも簡単に行うことができるようになる。
【００２４】
図６は本発明の第６実施例を示す。同図において、（ａ）はこの実施例の要部となる研磨モニタ３０の平面図と側断面図、（ｂ）はその特性図をそれぞれ示す。この実施例の研磨モニタ３０は、（ａ）に示すように、ガラス基板に、抵抗部３６と、この抵抗部３６の両端に接続する引き出し電極部３７とをそれぞれパターニング形成したものであって、抵抗部３６は、チップ１０の端面が研磨目標位置ｘまで研磨されたときに部分的に削りとられて一定幅ｋだけ残すような位置に形成されている。
【００２５】
研磨に際し、上記抵抗部３６の両端は引き出し電極部３７を介して抵抗測定手段４０に接続される。研磨によって抵抗部３６が削りとられはじめると、（ｂ）に示すように、その研磨の残り代（ｋ）に応じて抵抗値が増加する。この抵抗値が所定の値になるまで研磨を行うことにより、光導波路の入出光端面を所定の端面径または所定の角度に正確に研磨することができる。この場合、抵抗測定手段４０の測定出力をフィードバックして研磨動作を制御すれば、研磨目標位置ｘまでの研磨を自動的に行わせることができる。
【００２６】
上記抵抗部３６は光導波路を位置基準にしてガラス基板上に成膜形成される。光導波路がイオン交換型の場合、上記抵抗部３６は次のようにして形成することができる。すなわち、イオン交換方式においては、前述したように、ガラス基板上のイオンを埋め込みたい箇所以外の領域を金属のイオン交換制御膜で覆う。その際、上記抵抗部の領域もそのイオン交換制御膜で同時に形成する。このあと、その抵抗部３６に接続する引き出し電極部３７を形成する。
【００２７】
抵抗部３６と引き出し電極部３７は、上記イオン交換制御膜と同様、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングするが、そのパターンニングは、光導波路に対して一定の位置関係となるように位置合せしながら行うか、または同時にパターンニングする。この場合、上記抵抗部３６はイオン交換制御膜と同じ金属膜で形成される。イオン交換制御膜にはＴｉやＴａなどのイオン透過防止膜を形成できる金属を用いるが、これらの金属は、（ｂ）に示したように、上記抵抗部３６を形成するのにも好都合な比抵抗（たとえばρ＝１μΩ／ｍ）を有する。一方、上記引き出し電極部３７は、上記金属よりも比抵抗の小さな金属、たとえばＡｕやＣｕを用いて形成する。
【００２８】
上記電極部３７にも多少の抵抗が生じて上記抵抗部３６と抵抗測定手段４０の間に直列に介在するが、この直列抵抗によるオフセット分は、抵抗測定手段４０などにて簡単（自動的）にゼロ補償することができる。また、抵抗部３６ごとに抵抗値にバラツキが生じることも考えられるが、このバラツキも、研磨に先立ってその抵抗値を測定し、この測定に基づいて研磨目標位置ｘまで研磨したときの目標抵抗値をあらかじめ補正演算しておくことにより、個別に補正することができる。これにより、研磨の精度およびその再現性をさらに大幅に高めることができる。
【００２９】
図７は本発明の第７実施例を示す。同図において、（ａ）は光導波路の入出光端面が研磨加工される前の状態、（ｂ）はその研磨加工後の状態をそれぞれ示す。
イオン交換等によって形成される光導波路デバイスは、一枚のガラス基板上に複数チップ１０を同時に形成することができる。ガラス基板を複数のチップ１０から構成されるブロック１１に切断後、ブロック１１の端面を研磨目標位置ｘまで研磨した後、切断して個別のチップ１０に分割すれば、一度の研磨工程で複数のチップ１０の入出光端面を同時に研磨することができる。この場合、研磨モニタ３０，３０はチップごとに設ける必要はなく、同図に示すように、複数のチップ１０からなるブロック１１の両側に設ければよい。ブロックの両側に配設された研磨モニタ３０，３０の間隔は、チップごとに配設した場合よりも大幅に広くなるが、これは研磨精度を高めるの上でも好都合である。
【００３０】
以上、本発明をその代表的な実施例に基づいて説明したが、本発明は上述した以外にも種々の態様が可能である。たとえば、本発明はイオン交換型以外の光導波路デバイスにも適用可能である。上記チップを形成する基板はガラス以外の基板であってもよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、ガラス等の基板にフォトリソグラフィ技術を用いて光導波路パターンを形成するとともに、その基板の端面に上記光導波路の入出光端面を形成した光導波路デバイスにあって、結合損失または反射戻り光による不良を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光導波路デバイスの第１実施例を示す平面図とその一部拡大図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す平面図とその一部拡大図である。
【図３】本発明の第３実施例を示す一部省略平面図とその一部拡大図である。
【図４】本発明の第４実施例の要部を示す一部省略平面図である。
【図５】本発明の第５実施例の要部を示す一部省略平面図である。
【図６】本発明の第６実施例の要部を示す一部省略平面図と特性図である。
【図７】本発明の第７実施例の要部を示す平面図である。
【図８】光導波路の入出光端面の構成例を示す部分拡大断面図である。
【図９】光導波路の入出光端面の別の構成例を示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１０　チップ
１１　ブロック
２０　光導波路部
２２　入出光端部
３０　研磨モニタ
３１　目盛
３１ａ　低倍率観測用の広幅目盛部
３１ｂ　中倍率観測用の中幅目盛部
３１ｃ　高倍率観測用の細幅目盛部
３６　抵抗部
３７　電極部
４０　抵抗測定手段
ｋ　　研磨残り長さまたは研磨残り幅
ｄ　　入出光端面径
θ　　入出光端面の傾斜角（反射戻り防止角）
ｘ　　研磨目標位置
【図１】
2004085768.tif 000003
【図２】
2004085768.tif 000004
【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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