(57)【要約】【課題】  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を、各チャンネルの導波路やミラーの位置を高い位置精度で作製し、特性の揃った多チャンネル光路変換素子を提供する。【解決手段】  複数の、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基板上に樹脂によるコア層を成膜し、該コア層を選択的にエッチングすることにより光路の方向が直角状に変化した複数のコアを互いの位置関係を維持した状態で、一括して同時に形成し、コーナー部にミラー面を設けることにより、低損失で特性の揃った樹脂製の多チャンネル光路変換素子を提供する。【選択図】 なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に樹脂によるコア層を成膜し、該コア層を選択的にエッチングすることにより光路の方向が直角状に変化した複数のコアを互いの位置関係を維持した状態で同時に形成する工程を含むことを特徴とする樹脂製の多チャンネル光路変換素子の製造方法。
【請求項２】
樹脂製のＬ字型多チャンネル光路変換素子の製造方法であって、基板上にコア樹脂でコア層を成膜し、該コア層を選択的にエッチングすることにより、Ｌ字を構成する水平部のコアと、垂直部のコアにはさまれた部分のコア樹脂を取り除き、光路の方向が直角状に変化したＬ字型の複数のコアを互いの位置関係を維持した状態で同時に形成する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の樹脂製多チャンネル光路変換素子の製造方法。
【請求項３】
基板上にコア樹脂による直方体形状のブロックを形成し、クラッド樹脂で該ブロックを蔽うクラッド層を成膜し、該クラッド層と該ブロックを選択的にエッチングすることにより光路の方向が直角状に変化した複数のコアを互いの位置関係を維持した状態で同時に形成する工程を含むことを特徴とする請求項１または、請求項２のいずれかに記載の樹脂製多チャンネル光路変換素子の製造方法。
【請求項４】
樹脂製の多チャンネル光路変換素子の製造方法であって、
１）基板上にコア樹脂でコア層を成膜し、該コア層を選択的にエッチングすることにより、コア樹脂による直方体形状のブロックを形成し、
２）クラッド樹脂で該コア材ブロックを蔽うクラッド層を成膜し、該クラッド層と前記コア樹脂ブロックを選択的にエッチングすることにより、上記基板に垂直なコアと平行なコアが一体的に形成した多チャンネルのコアを同時に形成することからなる、２つの工程を含むことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の樹脂製の多チャンネル光路変換光素子の製造方法。
【請求項５】
樹脂製の多チャンネル光路変換素子の製造方法であって、形成された多チャンネルのコアをクラッド樹脂で蔽った後、コアのコーナー部にミラー面を設け、その上にクラッド層を成膜する工程を含むことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに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６】
請求項１〜請求項５のいずれかの方法で製造された多チャンネル光路変換光素子。
【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の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た、低コストの光路変換素子が求められている。
【０００４】
光路変換部品として、片端に傾斜端面を有し、かつ前記傾斜端面の傾斜角及び傾斜端面における光導波路コアのサイズ、配置等が概ね等しい一対の光導波路の、前記傾斜端面同士を対向させ、この傾斜端面における光導波路のコアが概ね一致するように前記傾斜端面同士を接続し、前記一対の光導波路が概ねＶ字型に固定され、前記Ｖ字型の光導波路の頂部を除去してコアを所定の位置まで露出させて反射面が設けられたものを所定の間隔で並列に積層し、コアより屈折率の低い物質で覆って作製する多チャネル光路変換部品が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、傾斜面の合った導波路を作製する工程、これらを張り合わせる工程など精密な作業を必要とし工程が複雑であり、水平導波路と垂直導波路を別々に作製することで垂直導波路と水平導波路の位置ずれが起こりやすく、損失が増大する恐れがある。
【０００６】
また、基板上に水平に導波路を作製し、その後反射ミラーを作製し、クラッド層を成膜後、水平導波路に垂直の開口部を設け、中空部に光を通す方法が提案されている（特許文献２参照）。
【０００７】
この場合、コアと中空部分の境界では光の反射や散乱が発生し、損失が増大する。また、中空部をコア材で充填した場合も、水平導波路と垂直導波路を別々に作製するため垂直導波路と水平導波路の位置ずれが起こりやすく、また、別個に作った水平部分と垂直部分のコアの境界で界面が発生し、損失が増大する要因となる。
【特許文献１】特開２００１−１９４５４０
【特許文献２】特開２０００−１９３８３８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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】
【０００９】
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の製造方法において、基板上に樹脂によるコア層を成膜し、該コア層を選択的にエッチングすることにより光路の方向が直角状に変化した複数のコアを互いの位置関係を維持した状態で同時に形成する工程を含むことを特徴とする樹脂製の多チャンネル光路変換素子の製造方法である。
【００１０】
また、本発明は、樹脂製のＬ字型多チャンネル光路変換光素子の製造方法であって、
基板上にコア樹脂でコア層を成膜し、該コア層を選択的にエッチングすることにより、Ｌ字を構成する水平部のコアと、垂直部のコアにはさまれた部分のコア樹脂を取り除き、光路の方向が直角状に変化したＬ字型の複数のコアを互いの位置関係を維持した状態で同時に形成する工程を含むことを特徴とする樹脂製多チャンネル光路変換素子の製造方法である。
【００１１】
また、本発明は、基板上にコア樹脂による直方体形状のブロックを形成し、クラッド樹脂で該ブロックを蔽うクラッド層を成膜し、該クラッド層と該ブロックを選択的にエッチングすることにより光路の方向が直角状に変化した複数のコアを同時に形成する工程を少なくとも含むことを特徴とする、上記光路変換素子の製造方法である。
【００１２】
また、本発明は、樹脂製の多チャンネル光路変換素子の製造方法であって、
１）基板上にコア樹脂でコア層を成膜し、該コア層を選択的にエッチングすることにより、コア樹脂による直方体形状のブロックを形成し、
２）クラッド樹脂で該コア材ブロックを蔽うクラッド層を成膜し、該クラッド層と前記コア樹脂ブロックを選択的にエッチングすることにより、上記基板に垂直なコアと平行なコアが一体的に形成した多チャンネルのコアを同時に形成することからなる、少なくとも２つの工程を実施するものであり、また、形成された多チャンネルのコアをクラッド樹脂で蔽った後、コアのコーナー部にミラー面を設け、その上にクラッド層を成膜する工程を実施する上記素子の製造方法である。
【００１３】
また、本発明は、これらの方法で低損失で特性の揃った樹脂製の多チャンネル光路変換素子を提供するものである。
【発明の効果】
【００１４】
ウェハープロセスにおいて導波路垂直部と水平部一体で形成することにより、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】
【００１５】
以下、本発明について詳述する。
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第一の例を説明する図である。多チャンネル光路変換素子は以下のような工程で製造される。図１（ａ）では、第一の仮基板１の上にマグネトロンスパッタ等の技術を用いて酸に溶けるＡｌ、Ｃｕなどの金属膜である犠牲層２を成膜する。犠牲層２は、水溶性の樹脂でもよい。図１（ｂ）ではクラッド層３を成膜する。図１（ｃ）ではコア層４を成膜する。図１（ｄ）ではフォト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、コアブロック５を作製する。このブロック５は直方体形状であるが、その大きさは、作製する光路変換素子が必要とする大きさを適宜選択する。また、このブロックは各素子個別に製作しても良いが、並列した複数の素子に対して連続したものを、一括してライン状に作製することも好適である。コアブロック５の斜視図を図２（Ａ）に示す。この工程は直接露光法やモールド法、ダイシングソーを用いた手法でも作製可能である。
【００１６】
図１（ｅ）ではコアブロック５を蔽うクラッド層６を成膜する。図１（ｆ）ではフォトリソグラフィと反応性イオンエッチングの技法により、Ｌ字を構成する水平部のコアと、垂直部のコアにはさまれた部分のコア樹脂を取り除き、Ｌ字型のコアブロックを形成する。図１（ｇ）ではクラッド層８を全面に充填し、チャンネル間、素子間の不要部分のコア樹脂、クラッド樹脂を取り除き、Ｌ字型のコアを形成し、チャンネル間、素子間の空隙をクラッド層で蔽った後、表面の平坦化処理を実施する。この工程の途中における多チャンネルのコア７の斜視図を図２（Ｂ）に示す。図１（ｈ）では第二の基板９を貼り付け、第一の仮基板１を取り除く。図１（ｉ）ではダイシングソーによりＶ溝１１を作製し、マグネトロンスパッタ等の技術を用いてコアコーナー部に反射膜１２を成膜しミラーを形成する。反射膜には金属膜や誘電体多層膜等を用いる。ミラー面の形成には、反射膜を成膜したプリズムをＶ溝に配置し、接着剤等で固定する方法も好適である。また、ダイシングソーで４５度の切込みを入れ、反射膜を成膜したフィルムを差し込み、接着剤で固定することもできる。
【００１７】
図１（ｊ）ではクラッド樹脂１３でＶ溝の埋め込みを行い、素子表面の平坦化を行う。図１（ｋ）では、基板１４を導波路に貼り付ける。基板は硝子基板やシリコン基板、樹脂基板等が使用できる。図１（ｌ）では酸等を用いて犠牲層２を除去し第二の仮基板９を除き、その後、ダイサーで多チャンネル光路変換素子に切断分離することにより多チャンネル光路変換を製造するものである。
【００１８】
また図４は本発明における多チャンネル光路変換素子の製造工程の第二の例を示す図である。
図４の（ａ）は、図１と同様な方法によって、第一の仮基板１の上に犠牲層２を成膜し、その上に、クラッド層３、コア層４を成膜したものである。図４の（ｂ）では、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）の技法により選択的にエッチングすることにより、Ｌ字型を構成する水平部のコアと、垂直部のコアにはさまれた部分のコア樹脂を取り除きＬ字型のコアブロックを形成する。図４の（ｃ）では取り除いた部分をクラッド樹脂で埋め込み、図４の（ｄ）で、導波路間、その他のコア樹脂不要部分を選択的に取り除きＬ字型のコアを形成後、図４の（ｅ）では、取り除いた部分をクラッド樹脂で埋め込むことにより、Ｌ字型の複数のコアを互いの位置関係を維持した状態で同時に形成するものである。この時の斜視図を図５に示す。以後、第一の例における、図１の（ｈ）〜（ｌ）と同様な方法で、多チャンネル光路変換を製造する。
【００１９】
これらの方法により、光路の方向が変化したコアが一体的に形成され、かつ複数のチャンネルのコアが互いの位置関係を維持した状態で、同時に形成されることにより、特性の安定した多数の多チャンネル光路変換素子を精度良く一括して同時に製造することが出来る。
【００２０】
また、本発明は、光路の方向を直角状に変化させる光路変換素子に関わるものであるが、ミラー部の傾斜を調整することで、直角以外の角度で光路を変化させることも容易に可能ある。
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【実施例】
【００２１】
（実施例１）
４チャンネル光路変換素子を作製した。コア断面（図３Ｋ−Ｋ視）の大きさは４０μｍ×４０μｍの正方形でありチャンネル間のコアピッチは０．２５ｍｍとする。
【００２２】
まず、４インチの第一の仮硝子基板の上にマグネトロンスパッタを用いて犠牲層を成膜した。犠牲層はＡｌ（厚さ１μｍ程度）を用いた。その上にクラッド層１０μｍを成膜し、次にコア層を成膜した。コアにはエポキシ系樹脂を用い、成膜はスピンコート法を用いた。成膜後、研削、研磨により平坦化処理を行いコア層の厚さを１２０μｍとした。次に、コア層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コア層の不要部分をエッチングにより除去（Ｏ２―ＲＩＥ）し、コアの直方体ブロックを作製した。
【００２３】
コアブロックの高さは、１２０μｍ（図３のＧ）、幅は１ｍｍ（図３のＦ）であり、図３の紙面に垂直方向へは、直列に並ぶ複数の素子のコアブロックを一体化してライン状に作製した。
【００２４】
その上にクラッド層の成膜をスピンコート法で行った。クラッド層にはエポキシ系樹脂を用いた。成膜後、クラッド層上面を研削、研磨し、表面の平坦化処理を実施し、クラッド層の厚さはコアブロック上部から１０μｍとした。次に、クラッド層の上にＡｌの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い、その後、Ｏ２―ＲＩＥによりクラッド層とコアブロックの不要部分を除去し、直角に曲がったコアを作製した（図３）。      
【００２５】
コアの大きさは４０μｍ×４０μｍ（図３Ｋ−Ｋ視）であり、水平部も垂直部も同じ大きさである。コア垂直部の長さは、コア水平部の下端から１２０μｍ（図３のＧ）、コア水平部の長さは、コア垂直部の外端から１，０００μｍ（図３のＦ）である。次に、クラッド樹脂を全面に充填し、成膜後、クラッド樹脂の上面を研削、研磨し平坦化処理を行った。クラッド樹脂の充填にはスピンコート法を使用した。次にエポキシ系の接着剤で、第二の仮硝子基板を貼り付け、犠牲層を溶解して第一の仮基板を取り除いた。犠牲層の除去には硫酸銅、塩化第二鉄、水の混合液を用いた。
【００２６】
その後、コアの直角曲がり部にダイシングソーでＶ溝を形成しミラー膜を形成した。ミラーはマグネトロンスパッタでＶ溝部分にのみＡｕ膜が形成されるように実施した。ミラー面を成膜後、Ｖ溝にクラッド樹脂を充填すると共に、クラッド層を成膜し、表面を研削、研磨して平坦化処理を行った。次に、硝子基板をクラッド層上面にエポキシ系の接着剤を用いて貼り付け、次に各素子を２ｍｍ×２ｍｍの正方形に切断分離し、７８０個の４チャンネル光路変換素子が得られた。波長１．３ミクロンの光を通し、挿入損失を測定したところ、挿入損失３ｄＢ以下で、さらに各素子内での挿入損失のばらつきが０．１ｄＢ以下のものが、６１８個（７９％）得られ、一度に均質な４チャンネル光路変換素子を歩留まり良く製造することができた。
【００２７】
（実施例２）
実施例１と同じ４チャンネル光路変換素子を作製した。大きさは実施例１と同じである。まず、４インチの第一の仮硝子基板の上にマグネトロンスパッタを用いて犠牲層を成膜した。犠牲層はＡｌ（厚さ１μｍ程度）を用いた。その上にクラッド層（１０μｍ）を成膜し、次にコア層を成膜した。コアにはエポキシ系樹脂を用い、成膜はスピンコート法を用いた。成膜後、研削、研磨により平坦化処理を行いコア層の厚さを１２０μｍとした。次に、コア層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コア層の不要部分をエッチングにより除去（Ｏ２―ＲＩＥ）し、Ｌ字型を構成する水平部のコアと、垂直部のコアにはさまれた部分のコア樹脂を取り除いた（図４のｂ）。取り除いたコア樹脂の厚みは、８０μｍであり、図４の紙面に垂直方向へは、直列に並ぶ複数の素子に亘ってライン状にコア樹脂を取り除いた。次に、クラッド樹脂を全面に充填した。（図４のｃ）。次に垂直部のコアの不要部分、チャンネル間、素子間のコア、クラッド樹脂を取り除き（図４のｄ、斜視図を図４のＢに示す）、その後、クラッド樹脂を全面に充填し、成膜後、クラッド樹脂の上面を研削、研磨し平坦化処理を行った（図４のｅ）。
【００２８】
次にエポキシ系の接着剤で、第二の仮硝子基板を貼り付け、犠牲層を溶解して第一の仮基板を取り除いた。犠牲層の除去には硫酸銅、塩化第二鉄、水の混合液を用いた。
【００２９】
その後、コアの直角曲がり部にダイシングソーでＶ溝を形成しミラー膜を形成した。ミラーはマグネトロンスパッタでＶ溝部分にのみＡｕ膜が形成されるように実施した。ミラー面を成膜後、Ｖ溝にクラッド樹脂を充填すると共に、全面にクラッド層を成膜し、表面を研削、研磨して平坦化処理を行った。次に、硝子基板をクラッド層上面にエポキシ系の接着剤を用いて貼り付け、次に各素子を２ｍｍ×２ｍｍの正方形に切断分離し、７８０個の４チャンネル光路変換素子が得られた。波長１．３ミクロンの光を通し、挿入損失を測定したところ、挿入損失３ｄＢ以下で、さらに各素子内での挿入損失のばらつきが０．１ｄＢ以下のものが、６０３個（７７％）得られ、一度に均質な４チャンネル光路変換素子を歩留まり良く製造することができた。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は本発明による多チャンネル光路変換素子の製造工程の第一の例を示す図である。
【図２】図２は、図１の方法で、多チャンネル光路変換素子の作製工程において、（ａ）はコアブロックを示し、（ｂ）は、水平部と垂直部が一体的に形成された、コアを示すものである。
【図３】図３は、実施例における、コアブロックと、コアの関係を示す図である。
【図４】図４は、本発明による多チャンネル光路変換素子の製造工程の第二の例を示す図である。
【図５】図５は、図４の（ｅ）の工程におけるコアの斜視図を示すものである。
【符号の説明】
【００３１】
１、第一の仮基板
２、犠牲層
３、犠牲層の上に成膜したクラッド層
４、コア樹脂
５、コアブロック
６、クラッド樹脂
７、水平部と垂直部が一体的に形成されたコアブロック
７ｂ、水平部と垂直部が一体的に作製されたコア
８、多チャンネルのコアを蔽ったクラッド層
９、第二の仮基板
１０、接着剤
１１、Ｖ溝
１２、反射膜
１３、クラッド樹脂
１４、基板
【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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