(57)【要約】【課題】  光路をミラーを用いて変換する多チャンネル光路変換素子をチャンネル間やミラー位置を高い位置精度で作製する方法を提供する。【解決手段】  複数の樹脂光導波路とミラーによって構成され、光路の方向を変換する多チャンネルの光路変換素子において、Ｌ字型光導波路が表面に形成された導波路基板に、導波路材料が表面に成膜された別の基板を貼り合わせ、その後、導波路間の位置関係を精度良く維持するように次のＬ字型導波路を形成する工程を繰り返し、チップ化後、ミラー面を形成し、多チャンネルの光路変換素子を製造する。【選択図】 なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の、樹脂製光導波路とミラーによって構成される多チャンネル光路変換光導波路において、ミラー前後のコアを一体的に形成した第一の導波路基板に第二の基板を貼り合わせ、その後、第一の基板の導波路と位置関係を維持するように、第二の基板の表面に導波路を形成する方法を含むことを特徴とし、これを複数回繰り返す多チャンネル光路変換素子の製造方法。
【請求項２】
複数の、樹脂光導波路とミラーによって構成され、光路の方向を変換する多チャンネルの光路変換素子の製造法であって、
１）基板上に光導波路を形成し、
２）クラッド材が成膜された次の基板を張り合わせ、
３）この基板上に光導波路を形成し、
４）必要なチャンネル数を満足するまで２）、３）の工程を繰り返した後、最後の基板を張り合わせ、
５）多チャンネルのチップ状に切り出し、
６）各々のチップにミラーを形成する。
少なくとも、６つの工程を含むことを特徴とする請求項１記載の樹脂製の多チャンネル光路変換素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１、２のいずれかに記載された方法で製造された樹脂製の多チャンネル光路変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
光導波路デバイスの普及には素子間を効率的に接続するためには光回路の進行方向を変換する多チャンネル光路変換素子が必要とされる。本発明は損失が少なく特性の揃った多チャネルの光路変換素子、及びその有効な作製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
情報通信システムの基盤技術として光通信技術が浸透していくにつれて光導波路は、光ネットワークキーデバイスとして益々その重要性が高まると同時に、光電子回路配線基板等の分野への応用に向けて開発が進められている。光導波路デバイスの普及には低価格化と量産化が要望されており、取り扱いの容易な樹脂製光導波路がその有力な候補として開発されている。導波路用の樹脂材料としては、フッ素化ポリイミド樹脂、重水素化ポリシロキサン樹脂、エポキシ系樹脂、全フッ素化脂環式樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン樹脂等が用いられる。
【０００３】
光導波路デバイスの普及には素子間を効率的に接続するために光回路を急激に曲げる光路変換の技術、特に、２〜１６チャンネルなどの、複数の光信号をパラレルに送受信することが出来る様々な多チャネルの光路変換素子が必要とされ、さらには、損失が少なく、チャンネル間で特性の揃っていることが求められている。コア同士の位置関係の精度維持はデバイスチャンネル間の均一性に直接影響する。一般にこの用途で用いられるマルチモードファイバとの結合においては、チャンネル間の均一性を±０．２ｄＢ以下にする必要があるとされ、そのためには導波路の断面形状が各々４０×４０μｍ角であるマルチモード光導波路の複数のコア同士の位置関係を±２．５μｍ以下の高い精度で形成しなければならない。
【０００４】
光路変換部品として、光導波路を形成された基板同士を張り合わせて、その後ミラーを形成する方法が提案されている。（特許文献１参照）
しかし、導波路が形成された基板同士の貼り合わせは厚さ方向の導波路間の精度と、Ｌ字型の張り合わせの位置精度を同時に制御する必要があり、複雑で精密な作業を必要とする。この方法でデバイスとして必要な±２．５μｍ以下の精度を維持するためには高価な装置が必要であり、スループットも十分なものを得ることが困難であった。
【特許文献１】特開２００３−３１５５７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数の光路をミラーを用いて変換する多チャンネル光路変換素子において、低損失でチャンネル間の特性の揃った光路変換素子と、作製の容易性、低コスト性を兼ね備えた製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、複数の、樹脂光導波路とミラーによって構成され、光路の方向を変換する多チャンネルの光路変換素子において、ミラー前後のコアを一体的に形成した第一の導波路基板に第二の基板を貼り合わせ、その後第一の基板の導波路と位置関係を維持するように、第二の基板の表面に導波路を形成する方法を含むことを特徴とするものである。
すなわち、本発明は、
１）基板上に光導波路を形成し、
２）クラッド材が成膜された次の基板を張り合わせ、
３）この基板上に光導波路を形成し、
４）必要なチャンネル数を満足するまで２）、３）の工程を繰り返した後、クラッド樹脂をコートした後、
５）個々の多チャンネル光路変換素子のチップを切り出し、
６）各々のチップにミラーを形成する。
少なくとも、６つの工程を含むことを特徴とし、これらの方法により高性能の多チャンネル光路変換素子を提供するものである。
【０００７】
この方法によれば、基板を張り合わせる工程とコアのパターニングを行う工程を別個に実施することで各チャンネルの位置精度を保つことができる。すなわち、チャンネル間のコアピッチに相当する張り合わせの厚さ方向の精度は研削装置で一定に保ち、またチャンネル間のＬ字型導波路の位置精度はフォトリソグラフィでのマスクアライメントで実施し、特別な装置を必要としないで精度良く多チャンネル光路変換素子を製造することができる。
【発明の効果】
【０００８】
一層ごとに順次導波路を作製することで、特性が安定し、高精度と低損失、低コストを兼ね備えた多チャンネル光路変換素子を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明について詳述する。
【００１０】
図１は本発明の多チャンネル光路変換素子の製造工程の一例を説明する図であり、４チャンネル光路変換素子について説明する。他のチャンネル数の場合も同様な方法で製造できる。製造工程の実際はウエハーの状態で行なわれるが、図１ではデバイス部分を拡大して示している。まず図１（ａ）では、基板１の上に、クラッド材料の樹脂材料２を成膜する。位置の基準となる基板１は位置ずれを防ぐため、吸水率が０．１％以下で、線熱膨張係数がプロセス温度範囲内で２０ｐｐｍ以下の、例えばガラスやシリコンなどの無機材料を用いることが好ましい。
【００１１】
（ｂ）ではリソグラフィと反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）の技法により、トレンチ型の導波路パターンを形成後、コアの樹脂材料をスピンコートによりコアパターンを埋め込み、余分なコア材料をエッチバックにより除去しＬ字導波路３を形成する。（ｃ）ではクラッドの樹脂材料２が予め成膜された貼り付け用基板４をクラッド樹脂材料で張り合わせ（ｄ）として、クラッドの樹脂材料２を研削装置で研削してチャンネル間のピッチを所定の膜厚にする。（ｂ）の導波路を蔽うクラッド樹脂材料は張り合わせ用樹脂材料の厚さで調整しても良いが、貼り付け用基板４上に、あらかじめクラッド樹脂材料が成膜されたものを使用することが簡便で有り、精度上好ましい。また、クラッド樹脂材料が両面に成膜されたものを使用すれば、基板のそりを防ぐことができるため、さらに好ましい。
（ｅ）では（ｂ）のコアパターンと同一の位置関係を維持するように（ｂ）と同様な方法で導波路５を形成する。
【００１２】
（ｆ）ではさらに、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）と同様な工程を２回繰り返し、最後にクラッド樹脂材料を成膜することにより、４チャンネルの導波路を形成し、ウエハーをダイソーで各チップに切断し、（ｇ）の４チャンネルの導波路を得る。ミラー面６はウエハーを各チップに切断後、斜めにダイシングされた面を研摩し、金や誘電体膜をスパッタリングしたり、あるいは、ミラー面が形成されたブロックを貼り付けることによりミラーを形成することができる。
【実施例】
【００１３】
〔実施例１〕
水平導波路と垂直導波路の、ミラー面中点よりの長さが各々、３．５ｍｍ、１．６ｍｍの４チャンネル光路変換素子を製造した。クラッド材、コア材はエポキシ樹脂を使用した。チャンネル間のコアピッチは２５０μｍである。  
まず、厚さ１ｍｍ、１００ｍｍφのガラス基板上にクラッド材を成膜した。成膜はスピンコート法を用い、クラッド層の厚さは５０μｍである。その後、クラッド材の上にマスク材を成膜し、フォトリソグラフィでパターニングを行った。マスク材にはＡｌ（アルミニウム）を使用し、Ｏ２ガスを流入させてマスク層に保護されていないクラッド部分をエッチング（Ｏ２―ＲＩＥ）し、クラッド層へＬ字のトレンチ型コアパターンを作製し、スピンコート法でトレンチ型コアパターンへコア材を充填した。過剰のコア材はエッチバックにより除去（Ｏ２―ＲＩＥ）し、断面４０×４０μｍ角のコアを作製した。
【００１４】
そこへ厚さ１４０μｍのガラス基板にクラッド材を表裏面それぞれ５０μｍ成膜された基板（板厚全体で２４０μｍ）をクラッド材で張り合わせた（接着層１０μｍ）。その後、研削装置で全体の厚さを１３００μｍ±２．５μｍとした。その後、クラッド材上にマスク材を成膜し、マスクアライナで一層目のＬ字型コア位置と二層目のコア位置が一致するようにフォトリソグラフィで二層目のコアのパターニングを行った。そこへ一層目と同様にコア材を充填、エッチバックを行い二層目のコアを作製した。さらに二層目のコア層を作製した手順を二回繰り返し、最後にクラッド材を５０μｍ成膜することでＬ字型のコアが４層積層された光導波路基板を作製した。
【００１５】
次にＬ字部分をダイシングソーで切断しミラー部を作製後、チップ状に切り出した。切り出したチップのミラー部を研摩した後、誘電体膜が成膜されたガラスブロックをクラッド材で張り合わせた。入射面および出射面を研摩することにより、水平および垂直導波路を４チャンネル備えた１３０個の光路変換素子が得られた。
【００１６】
得られた直角光路変換導波路のコア配列の精度はすべてのチャンネル間で２．０μｍ以下であった。またマルチモードファイバーの４芯ファイバーアレイ（コアピッチ２５０μｍ）により波長１．３μｍの光を直角光路変換導波路へ挿入し、４芯マルチモードファイバーアレイで受光したところ挿入損失３ｄＢ以下で、さらに各素子内でのチャンネル間の挿入損失のばらつきが０．１ｄＢ以下のものが、７９個（６０％）にのぼり、低損失で均質な４チャンネル光路変換素子を良好な歩留りで製造することができた。
〔実施例２〕
二層目以降の張り合わせる基板の材料をガラスからフッ素化ポリイミドへ変更する以外、実施例１と同様に実施し、４層積層されたＬ字型コアの間がエポキシ樹脂とフッ素化ポリイミドである光導波路基板を作製した。次にＬ字部分をダイシングソーで切断しミラー部を作製後、チップ状に切り出した。切り出したチップのミラー部を研摩した後、そこへ誘電体膜が成膜されたガラスブロックをクラッド材で張り合わせた。入射面および出射面を研摩することにより、Ｌ字型導波路を４チャンネル備えた１３０個の光路変換素子を得た。
【００１７】
得られた直角光路変換導波路のコア配列の精度はすべてのチャンネル間で２．５μｍ以下であった。またマルチモードファイバーの４芯ファイバーアレイ（コアピッチ２５０μｍ）により波長１．３μｍの光を直角光路変換導波路へ挿入し、４芯マルチモードファイバーアレイで受光したところ、挿入損失３ｄＢ以下で、さらに各素子内でのチャンネル間の挿入損失のばらつきが０．１ｄＢ以下のものが、６８個（５２％）にのぼり、低損失で均質な４チャンネル光路変換素子を良好な歩留りで製造することができた。
〔比較例１〕
厚さ１９０μｍのフッ素化ポリイミド基板４枚にクラッド材であるエポキシ樹脂をそれぞれ成膜した。成膜はスピンコート法で用い、実施したクラッド材の厚さは５０μｍである。その後、クラッド材上にマスク材を成膜し、フォトリソグラフィでパターニングを行った。マスク材にはＡｌを使用し、Ｏ２ガスを流入させてマスク層に保護されていない部分をエッチング（Ｏ２―ＲＩＥ）し、クラッド材へトレンチ型でＬ字型のコアパターンを作製した。スピンコート法でトレンチ型コアパターンへコア材を充填した。過剰のコア材をエッチバックにより除去（Ｏ２―ＲＩＥ）し、フッ素化ポリイミド基板上にＬ字型の断面４０×４０μｍのコアパターンが形成された基板を４枚作製し、端面で使用するその内の一枚は、クラッド材をオーバーコートした。それらを基板張り合わせ装置を用いてクラッド材で張り合わせＬ字型コアが４層積層された光導波路基板を作製した。
【００１８】
次にＬ字の交点部分をダイシングソーで切断しミラー部を作製し、引き続きチップ状に切り出した。切り出したチップのミラー部を研摩した後、そこへ誘電体膜が成膜されたガラスブロックをクラッド材で張り合わせた。入射面および出射面を研摩することにより、水平および垂直導波路を４チャンネル備えた直角光路変換導波路１３０個を得た。
【００１９】
得られた直角光路変換導波路のコアピッチは２５０±２０μｍであった。またマルチモードファイバーの4芯ファイバーアレイ（コアピッチ２５０±０．５μｍ）により波長１．３μｍの光を直角光路変換導波路へ挿入し、４芯マルチモードファイバーアレイで受光したところ、単チャンネルの光挿入損失は３ｄＢ程度であったがコア配列の誤差が大きいため単チャンネルのみしかファイバーアレイと光結合しないため、多チャンネル光路変換素子としては、すべて不適であった。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は本発明による多チャンネル光路変換素子の作製工程の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  ガラスまたはシリコン基板
２  クラッド材
３  Ｌ字型導波路
４  貼り付け用基板
５  第二のＬ字型導波路
６  ミラー面
【図１】
2005208254.tif 000002