(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において、低損失で信頼性の高い光路変換素子及び簡便な製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】垂直導波路と水平導波路の交差部に両導波路と略４５度の角度をなすＶ溝斜面を形成し、Ｖ溝の斜面間の角度と略一致する稜の角度を有する棒状体に反射膜を形成し、Ｖ溝斜面の導波路コア端部に反射膜が接するように貼り付け、ミラーとする光路変換素子の作製において、Ｖ溝を８μｍ以上２０μｍ以下の平均粒径を有するダイヤモンドブレードにより形成し、表面粗さＲａが１０ｎｍ以下の棒状体の面に反射膜を形成し、Ｖ溝先端部に対応する棒状体の稜をＶ溝先端の曲面部の量以上に面取し、Ｖ溝に接着剤で接着固定した光路変換素子の作製方法および、同作製方法で作製された多チャンネル光路変換素子。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直導波路と水平導波路の交差部に両導波路と略４５度の角度をなすＶ溝斜面を形成し、Ｖ溝の斜面間の角度と略一致する稜の角度を有する棒状体に反射膜を形成し、Ｖ溝斜面の導波路コア端部に反射膜が接するように貼り付け、ミラーとする光路変換素子の作製において、Ｖ溝を８μｍ以上２０μｍ以下の平均粒径を有するダイヤモンドブレードにより形成し、表面粗さＲａが１０ｎｍ以下の棒状体の面に反射膜を形成し、Ｖ溝先端部に対応する棒状体の稜をＶ溝先端の曲面部の量以上に面取し、Ｖ溝に接着剤で接着固定した光路変換素子の作製方法。
【請求項２】
反射膜をシリカとシリカより高屈折率の材料からなる誘電体多層膜とし且つシリカが最表面に来る構成の誘電体多層膜としたことを特徴とする、請求項１に記載の光路変換素子の作製方法。
【請求項３】
シリカより高屈折率の材料が五酸化タンタルであることを特徴とする、請求項２に記載の光路変換素子の作製方法。
【請求項４】
反射膜を、Ｖ溝斜面の導波路コア端部面積の２倍以上且つ反射膜が形成された棒状体側面の面積の２／３以下の面積の金属反射膜としたことを特徴とする、請求項１に記載の光路変換素子の作製方法。
【請求項５】
反射膜が多数個の分離した金のミラーであることを特徴とする、請求項４に記載の多チャンネル光路変換素子の作製方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか1項に記載の作製方法によって作製されたことを特徴とする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】
本発明は、チップ間、ボード間の光インターコネクションの間を効率的に接続するために必要な、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において、損失が少なく信頼性の高い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。
【背景技術】
【０００２】
情報量の増大、処理速度の高速化にともない、メタル配線では対応できない状況が予想され、光を用いた光インターコネクションの開発が進められている。これら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構成部材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、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン樹脂等が用いられる。光インターコネクションを安価に効率よく生産するためには光インターコネクションに使われるＬＤ、ＰＤ等の半導体素子を平面実装できることが重要である。そのためには水平方向の樹脂製光導波路の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ている。これらの光路変換素子では損失が少なく、チャンネル間で特性の揃った、かつコア同士の位置関係が維持されていることが求められている。特にコア同士の位置関係の維持はデバイス特性に直接影響するためその精度は±２．５μｍ以下にすることが求められている。
【０００３】
また光路を変換するミラー部での損失も低く抑える必要がある。そのためミラー部には反射率の高い金、銀合金、アルミニウムや特定波長の反射率を高めた誘電体多層膜が使用される。
【０００４】
多チャンネルの光路変換部品として、直交する光導波路が形成された同形の基板同士を光軸が所定の相対位置をとるように貼り合わせ、その後直交する光導波路部にミラーを形成する方法が提案されている。ミラー部の形成はダイシングにより導波路の交差部の一部を切断しミラー面を形成し、平面度を高めるためには研磨をする方法が示されている(特許文献１参照)。
【０００５】
また、二つの導波路を持ち、導波路の交差部位のミラーによって導波路の信号を接続する光電気配線基板が提案されており、ミラーの形成方法としてダイサーによる形成とＲＩＥによる形成が示されている(特許文献２参照)。
【特許文献１】特開２００３−３１５５７８号公報
【特許文献２】再公表特許  ＷＯ０１／００１１７６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ダイサーによる形成においてはミラー面を研磨しない場合はミラー面の表面粗さが粗く反射率が低下し素子の損失が増大する。また研磨する場合は反射面の位置精度を高精度に出すのが非常に困難で、位置を確認しながら何度も研磨する必要があり作製に時間を要する。所定位置を通り越して研磨してしまうと再生が難しい。
【０００７】
また、ＲＩＥによる形成においては溝深さが深いためエッチングに長時間を要する。また斜面の位置及び斜面の角度を精度良くエッチングすることは非常に困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、垂直導波路と水平導波路の交差部に両導波路と略４５度の角度をなすＶ溝斜面を形成し、Ｖ溝の斜面間の角度と略一致する稜の角度を有する棒状体に反射膜を形成し、Ｖ溝斜面の導波路コア端部に反射膜が接するように貼り付け、ミラーとする光路変換素子の作製において、Ｖ溝を８μｍ以上２０μｍ以下の平均粒径を有するダイヤモンドブレードにより形成し、表面粗さＲａが１０ｎｍ以下の棒状体の面に反射膜を形成し、Ｖ溝先端部に対応する棒状体の稜をＶ溝先端の曲面部の量以上に面取し、Ｖ溝に接着剤で接着固定した光路変換素子の作製方法である。
【０００９】
また、上記反射膜をシリカとシリカより高屈折率の材料からなる誘電体多層膜とし且つシリカが最表面に来る構成の誘電体多層膜とした光路変換素子の作製方法である。
【００１０】
また、上記のシリカより高屈折率の材料が五酸化タンタルである光路変換素子の作製方法である。
【００１１】
また、上記反射膜を、Ｖ溝斜面の導波路コア端部面積の２倍以上且つ反射膜が形成された棒状体側面の面積の２／３以下の面積の金属反射膜とした光路変換素子の作製方法である。
【００１２】
さらに、上記反射膜が、多数個の分離した金のミラーである多チャンネル光路変換素子の作製方法である。
【００１３】
さらにまた、上記の作製方法によって作製されたことを特徴とする多チャンネル光路変換素子である。
【発明の効果】
【００１４】
反射率の高い金属あるいは誘電体多層膜のミラーを表面粗さの小さい棒状体の面に形成し、垂直導波路と水平導波路の交差部に形成したＶ溝斜面に貼り付けることにより、反射率の高いミラーを高い位置精度で設置することが出来るため、損失の低い素子を容易に作製することが出来る。反射膜を形成する面の表面粗さを小さくすることは、平板状の表面粗さの小さいガラスやシリコンなどの基板に誘電体多層膜を成膜し、これから棒状体を切り出すことによって容易にできる。これらの面に金属膜あるいは誘電体多層膜を成膜することは従来技術により可能である。またこれらの成膜された基板を棒状体に切り出すこともダイサー等を使用すれば容易にできる。一方、Ｖ溝斜面を鏡面にし、しかも反射面の位置精度を正確に形成することは非常に高い技術を要し、工程も複雑になり多くの時間を要する。
【００１５】
本発明ではＶ溝を８μｍから２０μｍの平均粒径のダイヤモンドブレードで形成するため、接着剤をＶ溝斜面と棒状体の間に気泡等を含まず短い時間で充填することが可能であり、またＶ溝の位置も必要な精度で形成できる。また、Ｖ溝を８μｍから２０μｍの平均粒径のダイヤモンドブレードで形成するため、素子の部材がガラスのような硬い材料であってもＶ溝の形成に長時間要することはなく、Ｖ溝斜面に直接反射膜を形成する場合に比べて短時間である。これにより簡単に短い時間で高い反射率のミラー部を形成することが出来る。
【００１６】
反射膜が誘電体多層膜の場合は棒状体に形成した膜の最表面をシリカとすることにより、Ｖ溝斜面への誘電体多層膜の密着性を高くすることが可能になる。
【００１７】
また反射膜が金属の場合は反射膜の面積を導波路コア端部面積の２倍以上且つ反射膜が形成された棒状体側面の２／３以下の面積とすることにより棒状体とＶ溝斜面の密着性を上げることにより金属反射膜とＶ溝斜面の密着性を補うことが可能になり、信頼性の高い素子の作製が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明について詳述する。
【００１９】
図１は垂直導波路と水平導波路の交差部にＶ溝を形成した図である。
【００２０】
Ｖ溝は先端がＶ字状のブレードを用いダイサーにより形成する。ダイサー以外の方法も可能であるが、ダイサーによる方法が簡便で高精度な加工が可能である。Ｖ溝の先端角度は９０°(片側４５°×２）でも良いし、４５°(片側４５°片側垂直)でも良い。
【００２１】
片側が４５°でもう片側が垂直あるいは４５°以外の角度のものも可能であるが、特に設計上必要でない場合は９０°あるいは４５°を使用するのが、ミラーや導波路の作製精度確認の容易さ等の面から好ましい。
【００２２】
図２は誘電体多層膜が形成された棒状体を示す。棒状体の作製方法は平板状の表面粗さの小さいガラスやシリコンなどの基板に金属膜あるいは誘電体多層膜をスパッタリング法などにより成膜し、ダイサーにより切り出す。表面粗さの小さいガラス基板やシリコン基板は市販されており容易に入手することができる。これらの材料の鏡面仕上げされた面は通常表面粗さＲａは１０ｎｍより小さい。
【００２３】
誘電体多層膜の構成は反射(あるいは透過)スペクトルの特性により変わる。膜構成は１種類のみではなく、いくつかの構成が可能である。一般的には屈折率の高い膜と低い膜を積層し、その層数と組合せ、それぞれの層の膜厚を変えることによって所望の特性を得る。反射特性を大きく損なうことなくシリカ膜を最表面にする設計は可能である。膜の材料としてはシリカ、五酸化タンタルなどの無機材料が使われる。本発明においては、作製の容易さ簡便さ及び高精度なミラー位置の確保のために反射膜を形成した棒状体を接着剤によりＶ溝に接着固定する構成になっており、最表面がシリカ膜の誘電体多層膜にすることにより強固な密着が得られ信頼性の高い素子が作製できる。
【００２４】
図３は反射膜が金の場合の棒状体を示す。金を反射膜とする場合は膜と基材の密着力が弱く、それを補うためチタンやクロムを基材に最初に成膜し、その上に金を成膜するのが望ましい。成膜法はスパッタリング、真空蒸着やその他のドライプロセスが適しているが、メッキ等のウェットプロセスの応用も可能である。
【００２５】
反射膜の厚さは反射率を確保するため１μｍ以上が好ましい。反射膜のパターニングは通常よく使用されているフォトリソグラフィー法とリフトオフ法によって形成できる。反射膜の形成、パターニングはウェハー状態で行い、その後、棒状体に切り出す。棒状体へ成膜しパターニングすることも可能であるが、成膜とパターニングはウェハー状態で行い、その後棒状体に切り出すのが効率的である。
【００２６】
図４はＶ溝に反射膜を形成した棒状体を挿入した図である。Ｖ溝の断面形状に合うように棒状体のコーナーを成形しなければならないが、９０°のものが作製が容易である。４５°のものも比較的容易に形成できる。その他のものは作製が難しくなり作製に時間を要するようになる。棒状体のコーナーが９０°のものは断面形状が矩形のものが作製が容易であり、正方形でも長方形でも良い。
【００２７】
ダイサーブレードで形成されたＶ溝は底の部分が曲面になっている。従って棒状体のＶ溝底側の稜が直角であると、棒状体を押しつけながら接着剤で固定するとＶ溝斜面と反射膜の間隔が場所によって異なり正確な角度で反射膜を設置できなくなる。棒状体の対応する稜を面取りすると反射膜とＶ溝斜面が接し正確なセッティングが可能になる。通常Ｖ溝底部の曲面部の大きさは２０μｍ以下である。したがって５０μｍ程度の面取りを行えば良い。
【００２８】
面取りはウェハーから棒状体を切り出すときに、該部をＶ字状の先端のブレードで浅くカットし、その後先端が矩形状の通常のブレードで完全カットすることにより容易に形成できる。棒状体断面形状は１つのコーナーが面取りされた正方形でも良いし、１つのコーナーが面取りされた長方形でも良い。コーナー角度が４５°のものも先端がＶ字形状のブレードと先端が矩形のブレードを使用することにより作製できる。
【００２９】
次に接着剤を注入し棒状体をＶ溝に固定する。図５は棒状体をＶ溝に接着剤で接着固定した図である。接着剤は透明で屈折率がコアの屈折率に等しいか近い紫外線硬化剤が適している。紫外線硬化剤は硬化時間が短く効率的に作業を行える。紫外線熱併用型接着剤、熱硬化型接着剤も使用できる。接着剤を注入するときは棒状体がセッティング位置よりずれないようにするために棒状体を治具で押さえておくのがよい。樹脂の注入は気泡を咬み込まないように一方向から順次注入していくのがよい。気泡が光路の反射部に残ると反射効率が変化し特性が変化する。通常は損失が増加する。
【００３０】
以下、実施例により説明する。
【実施例１】
【００３１】
０．５ｍｍ厚１００ｍｍ径のホウケイ酸ガラス基板に最表層にシリカが来る構成のシリカと五酸化タンタルの多層膜からなる波長８５０ｎｍでの反射率が９８％以上となる誘電体多層膜を形成した。次に先端がＶ字のブレードを用いダイサーにより、幅２５０μｍのＶ溝を形成した。次にブレード幅１５０μｍの先端が略矩形の通常のブレードを用いてＶ溝の中央の位置を横方向に完全カットし、次に長さ２０ｍｍになるように縦方向に完全カットし反射膜パターン付の稜が面取りされた棒状体を作製した。
【００３２】
次に断面が４０μｍ角の垂直導波路と水平導波路が交差した導波路が、導波路と垂直方向に２５０μｍピッチで１２チャンネル並び、さらにこれが４組組み込まれた導波路素子に１０００番の平均ダイヤ粒度の先端がＶ字(角度９０°)のブレードにより、垂直導波路と水平導波路の交差部にＶ溝斜面が来るようにＶ溝を形成した。Ｖ溝斜面の位置は垂直導波路と水平導波路の交差部の対角線より内側に５μｍ入るようにカットした。
【００３３】
この溝に反射膜を形成した棒状体を反射膜パターンが導波路端に接するように設置し、棒状体を押さえながら紫外線硬化接着剤をディスペンサーを用いて注入し、紫外線を照射し硬化させた。垂直導波路の長さは略１ｍｍ、水平導波路の長さは略１０ｍｍである。８５０ｎｍの光源を用いた損失測定では損失は各チャンネルとも４ｄＢ以下であった。
【実施例２】
【００３４】
０．５ｍｍ厚１００ｍｍ径のホウケイ酸ガラス基板にスピンコーターを用いてフォトレジストを塗布しプリベーク後、１００μｍ角のパターンが縦方向６５０μｍピッチ、横方向２５０μｍピッチで並んだマスクを用い露光機により紫外線を照射し、その後、現像とポストベークを行いガラス基板上にレジストパターンを形成した。次にスパッタリングによりレジストパターンを形成した基板上にチタンを１００ｎｍ、次いで金を１．５μｍ成膜した後、レジストを剥離し、リフトオフ法により反射膜のパターンを形成した。
【００３５】
次に先端がＶ字のブレードを用いダイサーにより、横方向に反射膜パターンに沿って幅２５０μｍのＶ溝を形成した。次にブレード幅１５０μｍの先端が略矩形の通常のブレードを用いてＶ溝の中央の位置を横方向に完全カットし、次に長さ２０ｍｍになるように縦方向に完全カットし反射膜パターン付の稜が面取りされた棒状体を作製した。
【００３６】
次に断面が４０μｍ角の垂直導波路と水平導波路が交差した導波路が、導波路と垂直方向に２５０μｍピッチで１２チャンネル並び、さらにこれが４組組み込まれた導波路素子に１０００番の平均ダイヤ粒度の先端がＶ字（角度９０°）のブレードにより、垂直導波路と水平導波路の交差部にＶ溝斜面が来るようにＶ溝を形成した。Ｖ溝斜面の位置は垂直導波路と水平導波路の交差部の対角線より内側に５μｍ入るようにカットした。
【００３７】
この溝に反射膜を形成した棒状体を反射膜パターンが導波路端に接するように設置し、棒状体を押さえながら紫外線硬化接着剤をディスペンサーを用いて注入し、紫外線を照射し硬化させた。垂直導波路の長さは略１ｍｍ、水平導波路の長さは略１０ｍｍである。８５０ｎｍの光源を用いた損失測定では損失は各チャンネルとも４ｄＢ以下であった。
【実施例３】
【００３８】
０．３ｍｍ厚１００ｍｍ径のホウケイ酸ガラス基板にスピンコーターを用いてフォトレジストを塗布しプリベーク後、１００μｍ角のパターンが縦方向６５０μｍピッチ、横方向２５０μｍピッチで並んだマスクを用い露光機により紫外線を照射し、その後、現像とポストベークを行いガラス基板上にレジストパターンを形成した。次にスパッタリングによりレジストパターンを形成した基板上にチタンを１００ｎｍ、次いで金を１．５μｍ成膜した後、レジストを剥離し、リフトオフ法により反射膜のパターンを形成した。
【００３９】
次に先端がＶ字のブレードを用いダイサーにより、横方向に反射膜パターンに沿って基板裏面側に幅５００μｍのＶ溝を形成した。次にブレード幅１５０μｍの先端が略矩形の通常のブレードを用いて反射膜パターンの両側を横方向に完全カットし、次に長さ２０ｍｍになるように縦方向に完全カットし反射膜パターン付の稜が面取りされた棒状体を作製した。
【００４０】
次に断面が４０μｍ角の垂直導波路と水平導波路が交差した導波路が、導波路と垂直方向に２５０μｍピッチで１２チャンネル並び、さらにこれが４組組み込まれた導波路素子に１０００番の平均ダイヤ粒度の先端がＶ字(角度４５°)のブレードにより、垂直導波路と水平導波路の交差部にＶ溝斜面が来るようにＶ溝を形成した。Ｖ溝斜面の位置は垂直導波路と水平導波路の交差部の対角線より内側に５μｍ入るようにカットした。
【００４１】
この溝に反射膜を形成した棒状体を反射膜パターンが導波路端に接するように設置し、棒状体を押さえながら紫外線硬化接着剤をディスペンサーを用いて注入し、紫外線を照射し硬化させた。垂直導波路の長さは略１ｍｍ、水平導波路の長さは略１０ｍｍである。８５０ｎｍの光源を用いた損失測定では損失は各チャンネルとも４ｄＢ以下であった。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、光通信分野における通信システムはもちろん、評価・測定など光伝送の応用分野にも利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】ミラー用Ｖ溝を示す。
【図２】誘電体多層膜反射膜付き棒状体を示す。
【図３】金属反射膜付き棒状体を示す。
【図４】Ｖ溝に反射膜付き棒状体を挿入した状態を示す。
【図５】棒状体を接着剤でＶ溝に接着固定した状態を示す。
【符号の説明】
【００４４】
１  ミラー用Ｖ溝
２  水平導波路
３  垂直導波路
４  一つの稜が面取りされた断面が矩形の棒状体
５  誘電体多層膜反射膜
６  金属反射膜
７  一つの稜が面取りされた断面が三角形の棒状体  
８  接着剤
【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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