(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、形成した溝に光ファイバを載置し、該溝の延長線上となる基板上に光素子を搭載する光モジュールにおいて、上記基板上の光素子を搭載する位置に、基板の透過波長より長い波長の光を透過する材質からなる位置合わせマーカーを形成し、該位置合わせマーカーは異方性エッチングによる１０００Å以上の凹または凸の段差であり、かつ上記基板の裏面を表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下である鏡面としてなることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の光モジュールの製造方法において、溝を形成するためのマスクと位置合わせマーカーを形成するためのマスクを共通化し、基板の透過波長よりも長い波長の光を透過する材質を用いて、基板上の光素子を搭載する位置に位置合わせマーカーを形成した後、画像装置を用いて、上記基板の裏面側より基板越しに光素子を検知しながら、この光素子を位置合わせして搭載する工程からなることを特徴とする光モジュール。
【請求項３】
請求項１に記載の光モジュールの製造装置において、基板を載置する冶具と、この冶具の下方側に配置した画像装置と、上記冶具の上方側に配置した光素子を保持するステージからなり、上記画像装置によって基板越しに光素子を検知しながら、光素子をステージで移動させて基板上の所定の位置に搭載するようにしてなることを特徴とする光モジュールの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号と電気信号を変換するために使用する光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、シリコン基板上に発光素子と光ファイバを固定してなる光モジュールが開発されている。
【０００３】
これは、図１に示すように、シリコンの基板１０上に、光ファイバ２２を載置するためのＶ字状の溝１１を形成し、この溝の延長線上にレーザダイオード等の光素子２０を搭載し、上記溝１１に光ファイバ２２を載置、固定したものである。また、上記基板１０上には光素子２０に通電するための電極１２を備え、この電極をリード線（不図示）に接合して全体を樹脂モールドするか又はパッケージ内に封入することによって、光モジュールを構成してある。そして、外部から導入した電気信号を上記光素子２０によって光信号に変換し、光ファイバ２２によって外部に導出することができる。
【０００４】
このような光モジュールは、予め溝１１と光素子２０を正確に位置合わせして作製しておけば、光モジュールを組み立てる際には、溝１１中に光ファイバ２２を載置するだけでよく、光素子２０を発光させて光ファイバ２２でモニターしながら両者の位置合わせを行う必要がない。このような技術はパッシブアライメントと呼ばれ、容易に光モジュールを作製することができる。
【０００５】
また、光素子２０を正確に位置合わせして基板１０上に搭載するために、基板１０上に位置合わせマーカー１３を形成しておき、これに合わせて光素子２０を搭載することが行われている。
【０００６】
具体的には、図５に示すように、加熱装置を兼用した治具４０上に基板１０を載置し、この基板１０上に、１０ｃｍ程度の距離ｄをあけて光素子２０を移動可能に保持したステージ４４を配置する。そして、両者の間に、４５°に傾けたミラー４１と、この両側に同軸上に配置した二つのＣＣＤカメラ等の画像装置４２からなる位置調整装置を介在させる。
【０００７】
この状態で、上記基板１０上の位置合わせマーカー１３の位置をミラー４１を介して一方の画像装置４２で検知し、一方、光素子２０に形成した位置合わせマーカー２１の位置をミラー４１を介して他方の画像装置４２で検知し、両者の画像を重ね合わせ、両方の位置合わせマーカー１３、２１が一致するように、ステージ４４をＸ−Ｙ方向に移動させる。
【０００８】
そして、両方の位置合わせマーカー１３、２１が一致した状態で、ミラー４１と画像装置４２からなる位置調整装置を取り外し、ステージ４４を下降させれば、光素子２０を基板１０上の所定の位置に搭載することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の図５に示すような光モジュールの製造方法では、光素子２０と基板１０の間は１０ｃｍ程度の距離ｄがあるため、ステージ４４を下降させる際に位置ずれが生じ、光素子２０を正確に位置合わせマーカー１３上に搭載できないという問題があった。例えば、ステージ４４の下降時の方向が垂直方向に対して０．０１°傾いていると、基板１０上では光素子２０の位置は約２０μｍずれることになる。
【００１０】
そのため、このようにして得られた光モジュールでは、光素子２０と溝１１に載置した光ファイバ２２の芯ずれにより結合効率が低下するという問題があった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記問題点に鑑みて本発明は、基板上に、形成した溝に光ファイバを載置し、該溝の延長線上となる基板上に光素子を搭載する光モジュールにおいて、上記基板上の光素子を搭載する位置に、基板の透過波長より長い波長の光を透過する材質からなる位置合わせマーカーを形成し、該位置合わせマーカーは異方性エッチングによる１０００Å以上の凹または凸の段差であり、かつ上記基板の裏面を表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下である鏡面としてなることを特徴とする。
また、光モジュールの製造方法において、溝を形成するためのマスクと位置合わせマーカーを形成するためのマスクを共通化し、基板の透過波長よりも長い波長の光を透過する材質を用いて、基板上の光素子を搭載する位置に位置合わせマーカーを形成した後、画像装置を用いて、上記基板の裏面側より基板越しに光素子を検知しながら、この光素子を位置合わせして搭載する工程からなることを特徴とする。
また、上記光モジュールの製造装置において、基板を載置する冶具と、この冶具の下方側に配置した画像装置と、上記冶具の上方側に配置した光素子を保持するステージからなり、上記画像装置によって基板越しに光素子を検知しながら、光素子をステージで移動させて基板上の所定の位置に搭載するようにしてなることを特徴とする。
【００１２】
即ち、本発明は、基板側の位置合わせマーカーとして、基板の透過波長よりも長い波長の光を透過する材質を用いることにより、このような波長の光を用いれば、基板の裏側から基板越しに光素子を検知することができる。そのため、画像装置で位置合わせマーカーを検知する際に、従来例のような基板と光素子の間ではなく、基板の裏側から検知することにより、基板と光素子を接近させた状態で位置合わせを行うことができ、その後で光素子を下降させた場合の位置ずれを小さくすることができるのである。
【００１３】
また本発明は、基板上に形成した溝に光ファイバを載置し、該溝の延長線上となる基板上に光素子を搭載してなる光モジュールにおいて、上記基板上の光素子を搭載する位置に、基板の透過波長より長い波長の光を透過する材質からなる位置合わせマーカーを形成し、かつ上記基板の裏面を鏡面としたことを特徴とする。
【００１４】
即ち、上述した製造方法により、光素子を高精度に位置合わせした光モジュールを特徴とする。なお、基板１０の裏面を鏡面としたのは、裏面側から検知しやすくするためである。
【００１５】
また、本発明は、基板上に形成した溝に光ファイバを載置し、該溝の延長線上となる基板上に光素子を搭載してなる光モジュールの製造装置であって、基板を載置する治具と、この治具の下方側に配置した画像装置と、上記治具の上方側に配置した光素子を保持するステージからなり、上記画像装置によって基板越しに光素子を検知しながら、光素子をステージで移動させて、基板上の所定の位置に搭載するようにしたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図によって説明する。
【００１７】
図１に示すように、本発明の光モジュールは、シリコン等からなる基板１０上に、光ファイバ２２を載置するためのＶ字状の溝１１を形成し、この溝の延長線上にレーザダイオード等の光素子２０を搭載し、上記溝１１に光ファイバ２２を載置、固定したものである。また、上記基板１０上には光素子２０に通電するための電極１２を備え、この電極をリード線（不図示）に接合して全体を樹脂モールドするか又はパッケージ内に封入することによって、光モジュールを構成してある。そして、外部から導入した電気信号を上記光素子２０によって光信号に変換し、光ファイバ２２によって外部に導出することができる。
【００１８】
このような光モジュールは、予め溝１１と光素子２０を正確に位置合わせして作製しておけば、光モジュールを組み立てる際には、溝１１中に光ファイバ２２を載置するだけでよく、光素子２０を発光させて光ファイバ２２でモニターしながら両者の位置合わせを行う必要がない。このような技術はパッシブアライメントと呼ばれ、容易に光モジュールを作製することができる。
【００１９】
なお、上記基板１０はシリコンで形成することが一般的であり、その結晶方位を制御しておくことによって、異方性エッチングを利用してＶ字状の溝１１を容易に形成することができる。ただし、基板１０の材質はシリコンに限るものではなく、ガラスやセラミックス等を用いることもできる。
【００２０】
また、光素子２０を正確に位置合わせして基板１０上に搭載するために、基板１０上に位置合わせマーカー１３を形成しておき、これに合わせて光素子２０を搭載する。
【００２１】
この位置合わせマーカー１３は、基板１０の所定位置に、所定形状で設けられて、光学的に検知されるものであり、基板１０の透過波長よりも長い波長の光を透過する材質で形成されている。つまり、基板１０を透過する光であれば、必ず位置合わせマーカー１３をも透過するようにしてある。そのため、詳細を後述するように、光素子２０を搭載する際に、裏面１５側から基板１０越しに光素子２０を検知することができる。
【００２２】
具体的には、基板１０をシリコンで形成する場合、その透過波長は約１．２μｍであるから、１．２μｍ以上の波長の光を透過する材質として、ＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 等を用いる。そして、例えば図２に示すように、基板１０の表面に上記材質の膜１４を形成し、その一部に膜厚の異なる部分を形成して、これを位置合わせマーカー１３とする。この時、膜４の段差部分では光の行路長が異なるために干渉が生じ、この部分を光学的に検知することができ、位置合わせマーカー１３として作用させることができる。
【００２３】
なお、図２では位置合わせマーカー１３として凹状のものを示したが、逆に凸状とすることもできる。また、位置合わせマーカー１３を成す凹凸部の段差は１０００Å以上あれば、充分に識別することができる。
【００２４】
また、基板１０上に位置合わせマーカー１３を形成するためには、基板１０上にマスクを施しておいて、ＳｉＯ2 やＳｉ3 Ｎ4 等をコーティングすれば良い。さらに、上述した溝１１を形成するための異方性エッチングの際のマスクと位置合わせマーカー１３を形成するためのマスクを共通化しておけば、溝１１と位置合わせマーカー１３を高精度に位置合わせすることができる。
【００２５】
次に、このようにして得られた基板１０上に、光素子２０を位置合わせする方法を説明する。
【００２６】
図３に示すように、基板１０を載置し加熱するために、中央に貫通孔３１を有する治具３０を用意する。この治具３０の貫通孔３１の下方にはレンズを備えた画像装置３２を配置し、上方には光素子２０を保持するためのステージ３３を配置する。
【００２７】
そして、表面の所定位置に上述したような位置合わせマーカー１３を形成した基板１０を、位置合わせマーカー１３が貫通孔３１上に来るように治具３０上に載置する。一方、同様に位置合わせマーカー２１を備えた光素子２０をステージ３３に保持する。なお、ステージ３３は、水平（Ｘ−Ｙ）方向と垂直（Ｚ）方向に移動可能なものであり、基板１０と光素子２０間の距離ｄが１〜５μｍとなるように両者を接近させて配置する。
【００２８】
この状態で、画像装置３２により、基板１０を透過するような波長の光を出射し、この反射光を検知する。そのため、基板１０越しに光素子２０の位置合わせマーカー２１を検知することができるとともに、上述したように、光の干渉によって基板１０側の位置合わせマーカー１３も検知することができる。したがって、この画像装置３２では、基板１０の位置合わせマーカー１３と光素子２０側の位置合わせマーカー２１の両方を同時に検知することができる。
【００２９】
そこで、図４に画像装置３２のモニター画面を示すように、基板１０側の位置合わせマーカー１３と光素子２０側の位置合わせマーカー２１が一致するように、ステージ３３をＸ−Ｙ方向に移動させる。
【００３０】
このまま、ステージ３３を下降させて、光素子２０を基板１０上に載置し、治具３０で加熱して半田等により接合すれば、光素子２０を搭載することができる。
【００３１】
このような方法によれば、基板１０の裏面側から画像装置３２で検知することにより、予め基板１０と光素子２０の距離ｄを１〜５μｍ程度と微小にしておくことが可能となり、Ｘ−Ｙ方向に位置合わせを行った後、下降させた場合の位置ずれ量を極めて小さくすることができる。
【００３２】
なお、上述した本発明の方法により光素子２０を搭載する場合に、まず、図５に示す従来の方法によって光素子２０の位置合わせの粗調整を行った後、本発明の方法によって、光素子２０の位置合わせの微調整を行うようにすればより好適である。
【００３３】
また、上記画像装置１５で良好に検知するためには、基板１０の裏面１５を鏡面としておくことが好ましい。ここで、鏡面とは具体的には表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下であることを言い、４０００番以下、好ましくは１２０００番以下の砥粒で研摩することによって得られる。
【００３４】
また、上記実施形態において、光素子２０としては、レーザダイオード等の発光素子に限らず、フォトダイオード等の受光素子を用いることもできる。あるいは、基板１０上に複数の光素子２０を搭載したり、光素子２０以外にもサーミスタ等の素子や各種回路等を搭載することもできる。
【００３５】
さらに、溝１１の断面はＶ字状に限らず、角形状や曲面状であってもよく、機械的に加工することもできる。
【００３６】
また、位置合わせマーカー１３、２１の平面視形状は、図４に示したような十字状や、丸状、角状等、さまざまなものとすることができる。さらに、光素子２０側には位置合わせマーカー２１を形成せずに、光素子２０自体のエッジや外辺を利用して位置合わせを行うこともできる。
【００３７】
【実施例】
本発明実施例として、寸法が２×４×０．８ｍｍのシリコンからなる基板１０上に、Ｓｉ3 Ｎ4 の膜１４により、幅２０μｍの位置合わせマーカー１３を形成した。一方、光素子２０として、寸法が０．３５×０．５５×０．１μｍのレーザダイオードを用い、この表面に幅２０μｍの位置合わせマーカー２１を形成した。
【００３８】
これらの基板１０と光素子２０を用い、まず比較例として、図５に示す装置を用い、基板１０と光素子２０の間の距離ｄを１０ｃｍとして調整を行い、このまま光素子２０を下降させて基板１０に搭載した。
【００３９】
一方、本発明実施例では、図３に示す装置を用い、まず従来と同様の方法で粗調整を行った後、光素子２０と基板１０の距離ｄが５μｍとなるまで光素子２０を下降させた。この状態で、図３に示すように裏面１５側から画像装置３２で検知することにより、さらに微調整を行った後、光素子２０を下降させて基板１０上に搭載した。
【００４０】
いずれの場合も、ステージ３３の下降方向は、垂直方向に対して約０．０１°傾いていた。そのため、比較例では最終的な光素子２０の位置が所定位置から約２０μｍずれていたのに対し、本発明実施例では、所定位置からのずれ量は０．０１４μｍであり、極めて高精度に位置合わせできることが確認された。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、基板上に形成した溝に光ファイバを載置し、該溝の延長線上となる基板上に光素子を搭載してなる光モジュールの製造方法において、基板の透過波長よりも長い波長の光を透過する材質を用いて、基板上の光素子を搭載する位置に位置合わせマーカーを形成した後、画像装置を用いて、上記基板の裏面側より基板越しに光素子を検知しながら、光素子を位置合わせして搭載する工程から光モジュールを製造することによって、基板の裏側から光素子を検知することにより、基板と光素子を接近させた状態で位置合わせを行うことができ、その後で光素子を下降させた場合の位置ずれを小さくすることができる。その結果、簡単な工程で光素子の位置精度を極めて高くすることができ、結合効率の高い光モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）（Ｂ）は本発明の光モジュールを示す斜視図である。
【図２】本発明の光モジュールを構成する基板の位置合わせマーカー部分の断面図である。
【図３】本発明の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。
【図４】本発明の光モジュールの製造方法における、画像装置のモニター画面を示す図である。
【図５】従来の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１０：基板
１１：溝
１２：電極
１３：位置合わせマーカー
１４：膜
１５：裏面
２０：光素子
２１：位置合わせマーカー
２２：光ファイバ
３０：治具
３１：貫通孔
３２：画像装置
３３：ステージ
【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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