JP2000206353A - 光導波路素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光導波路パタンと接続相手側の光ファイバと
を精度よく接続できる光導波路路素子の製造方法を提供
する。 【解決手段】 シリコン基板２の光導波路パタン形成領
域に凹部４を形成し、凹部４に下部クラッド層５を形成
した後、下部クラッド層５の表面とシリコン基板２の表
面とが同一面となるように平坦化し、然る後に、光導波
路パタン７の形成基準となるアライメントマーカー３を
シリコン基板２の表面に形成し、アライメントマーカー
３を基準として下部クラッド層５の上部側に光導波路パ
タン７を形成し、光導波路パタン７の上部側を上部クラ
ッド層８で覆って光導波路層１２とした後、Ｖ溝形成領
域の光導波路層１２を除去してシリコン基板２の表面を
露出させ、然る後に、この露出したシリコン基板２の表
面側に前記アライメントマーカー３を基準としてＶ溝９
を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光通信分野
に用いられる光導波路素子であって、基板上に光導波路
パタンと、この光導波路パタンに接続される光ファイバ
挿入用のＶ字形溝を設けた光導波路素子の製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、光通信用として、ＰＬＣ（Ｐｌ
ａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ；平
面光波回路）が用いられており、このようなＰＬＣは、
シリコンなどの基板上に光導波路パタンを有する光導波
路層を設けて形成されている。ＰＬＣを光通信用として
用いる場合、ＰＬＣの光導波路パタンに光ファイバを光
接続して用いるため、例えば図３の（ｅ）に示すよう
に、ＰＬＣのシリコン基板２上に、光ファイバ挿入用の
Ｖ字形溝としてのＶ溝９を設けた光導波路素子を製造
し、Ｖ溝９に光ファイバを固定することが行われてい
る。なお、同図の図中、７は、光導波路パタンを示し、
１２は、光導波路層を示しており、Ｖ溝９は、光導波路
層１２に隣接して設けられる。

【０００３】このような光導波路素子を製造するときに
は、例えば、同図の（ａ）に示すように、表面が平面状
のシリコン基板２上に、例えば厚みが３０μｍ程度の下
部クラッド層５を形成した後、コア層（図示せず）を形
成し、コア層の不要部分を除去して、同図の（ｂ）に示
すように、前記コア層から成る光導波路パタン７を形成
し、同図の（ｃ）に示すように、光導波路パタン７の上
部側を上部クラッド層８で覆って光導波路層１２とす
る。その後、同図の（ｄ）に示すように、Ｖ溝９形成領
域の光導波路層１２を除去してシリコン基板２の表面を
露出させ、この露出したシリコン基板２の表面側に、異
方性エッチャントによるエッチングによってＶ溝９を形
成している。

【０００４】前記下部クラッド層５と上部クラッド層８
は、例えば同じ組成の石英系ガラスなどにより形成され
ており、導波路パタン７を形成するコア層は、各クラッ
ド層５，８よりも屈折率が高い、ドーパント添加石英系
ガラス等により形成されている。なお、石英系ガラスと
ドーパント添加石英系ガラスとを肉眼で見分けることは
できないため、光導波路層１２における下部クラッド層
５と光導波路パタン７と上部クラッド層８との区別を肉
眼で行なうことはできないが、図３においては、光導波
路素子の製造方法を模式的に分かり易くするために、下
部クラッド層５と光導波路パタン７と上部クラッド層８
とを区別して示してある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な光導波路素子を光通信用として用いる場合に、光導波
路パタン７と、Ｖ溝９に挿入される光ファイバとの接続
を正確に行なうことが重要であり、したがって、光導波
路パタン７の接続端面とＶ溝９との位置合わせを、シリ
コン基板２および光導波路層１２の厚み方向（Ｙ方向）
と、Ｖ溝９の軸方向であるＺ軸方向に垂直な（同図にお
いては紙面に垂直な）Ｘ方向の両方に正確に行なうこと
が重要である。

【０００６】しかしながら、従来の光導波路素子の製造
方法によれば、表面が平面状のシリコン基板２上に、例
えば厚みが３０μｍ程度の厚い下部クラッド層５を形成
した後、この下部クラッド層５の上部側に光導波路パタ
ン７を形成しており、下部クラッド層５の形成時に、そ
の厚み誤差が例えば５〜１０％程度となってばらつくた
めに、光導波路パタン７のＹ方向の位置がばらつき、光
導波路パタン７の接続端面と光ファイバ挿入用Ｖ溝９と
のＹ方向の位置合わせを正確に行なうことができなかっ
た。

【０００７】また、前記の如く、光導波路層１２におけ
る下部クラッド層５と光導波路パタン７と上部クラッド
層８との区別を肉眼で行なうことはできないため、光導
波路パタン７の接続端面とＶ溝９とのＸ方向の位置合わ
せを正確に行なうことも難しく、したがって、従来の光
導波路素子の製造方法を用いて、光導波路素子の光導波
路パタン７と、接続相手側の光ファイバとを精度良く接
続できる光導波路素子を製造することはできなかった。

【０００８】本発明は、上記従来の課題を解決するため
になされたものであり、その目的は、光導波路素子に形
成される光導波路パタンと接続相手側の光ファイバとを
精度良く接続できる光導波路素子製造できる光導波路素
子の製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は次のような構成をもって課題を解決するた
めの手段としている。すなわち、本第１の発明は、基板
上に、光導波路パタンを有する光導波路層と、前記光導
波路パタンに接続される光ファイバ挿入用のＶ字形溝と
が設けられている光導波路素子の製造方法であって、前
記基板の前記光導波路パタン形成領域に凹部を形成し、
該凹部に下部クラッド層を形成した後、該下部クラッド
層の表面と前記基板の表面とが同一面となるように平坦
化し、然る後に、前記光導波路パタンの形成基準となる
アライメントマーカーを前記基板表面に形成し、このア
ライメントマーカーを基準として前記下部クラッド層の
上部側に光導波路パタンを形成し、該光導波路パタンの
上部側を上部クラッド層で覆って光導波路層を形成した
後、前記Ｖ字形溝の形成領域の光導波路層を除去して前
記基板表面を露出させ、然る後に、この露出した基板の
表面側に前記アライメントマーカーを基準としてＶ字形
溝を形成する構成をもって課題を解決する手段としてい
る。

【００１０】また、本第２の発明は、上記本第１の発明
の構成に加え、前記基板の前記光導波路パタン形成領域
に凹部を形成し、該凹部に下部クラッド層を形成して、
該下部クラッド層の表面と前記基板の表面とが同一面と
なるように平坦化し、アライメントマーカーを基板表面
に形成した後、該アライメントマーカー形成領域を避け
た基板上の下部クラッド層上部側に該下部クラッド層と
同じ組成のバッファ層を形成し、然る後に、前記アライ
メントマーカーを基準として光導波路パタンを形成する
構成をもって課題を解決する手段としている。

【００１１】上記構成の本発明において、基板の光導波
路パタン形成領域に凹部が形成され、該凹部に下部クラ
ッド層が形成された後、該下部クラッド層の表面と前記
基板の表面とが同一面となるように平坦化され、下部ク
ラッド層の上部側に光導波路パタンが形成されるため、
基板の厚み方向をＹ方向とし、このＹ方向とＶ字形溝の
軸方向に共に直交する方向をＸ方向とすると、光導波路
パタンのＹ方向の位置は、下部クラッド層の厚みのばら
つきに影響されることなく、正確に形成される。

【００１２】したがって、光導波路素子を設計するとき
に、光導波路パタンの接続端面とＶ字形溝に挿入される
光ファイバのコアの接続端面とがＹ方向で一致するよう
に、光導波路パタンとＶ字形溝とを設計して光導波路素
子を製造すれば、光導波路パタンの接続端面と前記光フ
ァイバのコアの接続端面とがＹ方向で一致する。

【００１３】また、上記構成の本発明においては、前記
下部クラッドの表面と基板の表面とが同一面となるよう
に平坦化した後に、前記光導波路パタンの形成基準とな
るアライメントマーカーが前記基板表面に形成され、こ
のアライメントマーカーを基準として前記下部クラッド
層の上部側に光導波路パタンが形成され、さらに、この
アライメントマーカーを基準として、光導波路層を除去
して露出した基板の表面側にＶ字形溝が形成されるため
に、光導波路パタンとＶ字形溝を共通のアライメントマ
ーカーを基準として、正確に形成することができ、光導
波路パタンの接続端面と前記光ファイバのコアの接続端
面とがＸ方向で一致する。

【００１４】そのため、本発明においては、光導波路パ
タンとＶ字形溝に挿入される接続相手側の光ファイバと
が正確に位置合わせされて精度良く接続されることにな
り、上記課題が解決される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。なお、本実施形態例の説明におい
て、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重
複説明は省略する。図１には、本発明に係る光導波路素
子の製造方法の一実施形態例が模式図によって示されて
いる。

【００１６】本実施形態例の光導波路素子の製造方法に
よって製造される光導波路素子は、同図の（ｇ）に示さ
れるように、シリコン基板２上に、光導波路パタン７を
有する光導波路層１２と、光導波路パタン７に接続され
る光ファイバ挿入用のＶ字形溝してのＶ溝９とが設けら
れている光導波路素子であり、シリコン基板２のＶ溝９
形成領域と反対側には、電極１０が形成されている。

【００１７】また、上記構成の光導波路素子は、図２に
示すような、円盤形状を呈したシリコンウエハ１上に光
導波路層１２やＶ溝９などを形成した後、複数の導波路
チップ１１として切り出すことにより製造されるもので
あるが、説明を分かりやすくするために、図１において
は、シリコンウエハ１から形成されるシリコン基板２を
切り出した状態とし、このシリコン基板２を用いて光導
波路素子を製造するように、模式的に示している。

【００１８】次に、本実施形態例の光導波路素子の製造
方法について説明する。まず、図２に示すように、面方
位（１００）シリコンウエハ１を用意し、図１の（ａ）
に示すように、シリコンウエハ１により形成されるシリ
コン基板２の光導波路パタン形成領域に凹部４を形成す
る。なお、この凹部４は、例えば、以下のようにして形
成される。すなわち、シリコン基板２の表面に、熱酸化
法により厚さ約０．５μｍのシリコン酸化膜を形成した
後、凹部４を形成するパタンを、フォトリソグラフィ法
により、シリコン基板２に転写し、凹部４の形成領域を
除く領域（同図に示す凹部４の両側）を残して、フッ酸
によりシリコン酸化膜を除去する。そして、このシリコ
ン基板２を、ＫＯＨ水溶液をエッチャントとして、約３
０μｍの深さまで異方性エッチングを行なって凹部４と
する。

【００１９】次に、同図の（ｂ）に示すように、凹部４
に、火炎堆積法（ＦＨＤ）により、厚さ約４０μｍの下
部クラッド層５を石英系ガラス膜により形成した後、下
部クラッド層５の表面とシリコン基板２の表面とがほぼ
同一面となるように平坦化する。なお、本実施形態例で
は、この平坦化を、機械加工による研削を施して行なっ
ており、例えば、凹部４の両側のシリコン基板２表面を
削り取る程度に研削を行なうと、前記平坦化を非常に正
確に行なうことができる。

【００２０】そして、上記平坦化の後、光導波路パタン
７の形成基準となるアライメントマーカー３をシリコン
基板２の表面に形成する。このアライメントマーカー３
の形成方法は特に限定されるものではないが、本実施形
態例では、フォトリソグラフィとドライエッチングによ
り溝形状に形成しており、この溝形状の開口幅は２μｍ
とした。なお、アライメントマーカー３は、通常、図２
に示すように、シリコンウエハ１の端側であって、導波
路チップ１１の形成領域を避けた位置に形成されるもの
であるが、図１では、図を分かりやすくするために、ア
ライメントマーカー３を、シリコン基板２の導波路チッ
プ１１として切り出される部分に形成したように示して
いる。

【００２１】また、本実施形態例では、アライメントマ
ーカー３を形成すると共に、電極１０の形成基準となる
電極形成用マーカー１４もシリコン基板２上に形成する
ようにしている。

【００２２】次に、アライメントマーカー３の形成領域
を避けたシリコン基板２上（下部クラッド層５の上部側
および下部クラッド層５の両側のシリコン基板２上）
に、下部クラッド層５と同じ組成のバッファ層６を火炎
堆積法により形成する。このバッファ層６は、高さ調節
層とも呼ばれるものであり、例えばシリコン基板２上に
設けられる光素子が、光導波路パタン７の接続端面とＹ
方向において位置合わせされて光接続されるように、シ
リコン基板２の表面と前記光素子の光接続部との高さに
対応させて設けられるものである。このバッファ層６の
厚みは、例えば５μｍ程度に形成される。

【００２３】そして、前記アライメントマーカー３を基
準として、図１の（ｃ）に示すように、バッファ層６の
上部側に、コア層（図示せず）から成る光導波路パタン
７を形成し、光導波路パタン７の上部側を、下部クラッ
ド層５と同じ組成の石英系ガラスから成る上部クラッド
層８で覆って光導波路層１２を形成する。なお、光導波
路パタン７は、図示されていないコア層を火炎堆積法に
より堆積形成した後、コア層の不要部分をアクティブイ
オンエッチング（ＲＩＥ）により除去して形成するもの
であり、コア層は、下部クラッド層５を形成する石英系
ガラスよりも屈折率が例えば約０．３％大きくなるよう
に、ドーパントとしてのＧｅＯ_２，ＴｉＯ_２を添加した
石英系ガラスにより形成する。

【００２４】次に、同図に（ｄ）に示すように、Ｖ溝９
の形成領域（図の右側）の光導波路層１２をアクティブ
イオンエッチングにより除去してシリコン基板２の表面
を露出させ、然る後に、この露出したシリコン基板２の
表面側に、アライメントマーカー３を基準として、同図
の（ｅ）に示すように、Ｖ溝９を形成する。

【００２５】なお、このＶ溝９形成は、以下のようにし
て行なわれる。すなわち、露出したシリコン基板２上に
厚さ０．６μｍのシリコン酸化膜を形成し、次に、Ｖ溝
形成パタンを有するフォトマスクを用いて、アライメン
トマーカー３を基準として、フォトリソグラフィ法によ
りＶ溝パタンを転写し、不要な部分のシリコン酸化膜を
除去する。その後、このシリコン基板２を、再びＫＯＨ
水溶液をエッチャントとして、シリコン基板２の異方性
エッチングを行ない、このエッチングにより、Ｖ溝パタ
ンによるシリコン酸化膜の開口幅に応じた深さのＶ溝９
を形成する。

【００２６】次に、同図の（ｆ）に示すように、Ｖ溝９
の反対側のシリコン基板２表面を露出させるために、フ
ォトリソグラフィ法によりパタンを形成し、ドライエッ
チング用により、光導波路層１２を除去し、シリコン基
板２の表面を露出させる。そして、この露出させたシリ
コン基板２の表面に、スパッタリング法により、二酸化
珪素をターゲットにしてＲＦ＝６００Ｗで４０分放電を
行ない、酸化珪素膜を形成し、最後に、所望の配線パタ
ンをフォトリソグラフィ法により作製し、例えばＴｉや
ＰｔやＡｕ等の配線材料を蒸着して配線を形成し、同じ
手法で電極１０やバンプを形成する。なお、これらの配
線や電極１０やバンプは、電極形成用マーカー１４を基
準にして形成される。

【００２７】本実施形態例によれば、シリコン基板２の
光導波路パタン形成領域に凹部４を形成し、凹部４に下
部クラッド層５を形成した後、下部クラッド層５の表面
とシリコン基板２の表面とが同一面となるように平坦化
した後、下部クラッド層５の上部側に光導波路パタン７
を形成するため、光導波路パタン７のＹ方向の位置を、
下部クラッド層５の厚みのばらつきに影響されることな
く、正確に形成することができる。したがって、光導波
路素子を設計するときに、光導波路パタン７の接続端面
とＶ溝９に挿入される光ファイバのコアの接続端面とが
Ｙ方向で一致するように、光導波路パタン７とＶ溝９と
を設計して光導波路素子を製造すれば、光導波路パタン
７の接続端面と前記光ファイバのコアの接続端面とのＹ
方向の位置をほぼ正確に一致させることができる。

【００２８】また、本実施形態例によれば、下部クラッ
ド層５の表面とシリコン基板２の表面とが同一面となる
ように平坦化した後に、光導波路パタン７の形成基準と
なるアライメントマーカー３をシリコン基板２の表面に
形成し、このアライメントマーカー３を基準として下部
クラッド層５の上部側に光導波路パタン７を形成し、さ
らに、アライメントマーカー３を基準としてＶ溝９を形
成するため、光導波路パタン７の接続端面と前記光ファ
イバのコアの接続端面とのＸ方向の位置をほぼ正確に一
致させることができる。

【００２９】そのため、本実施形態例によれば、光導波
路パタン７とＶ溝９に挿入される接続相手側の光ファイ
バとを正確に位置合わせすることが可能となり、光導波
路パタン７と接続相手側の光ファイバとを精度良く接続
することができる優れた光導波路素子を製造することが
できる。

【００３０】また、本実施形態例によれば、下部クラッ
ド層５の表面とシリコン基板２の表面を平坦化した後に
アライメントマーカー３を形成し、その後、アライメン
トマーカー３の形成領域を避けたシリコン基板２上に、
下部クラッド層５と同じ組成のバッファ層６を形成する
ために、シリコン基板２上に設けられる光素子を、光導
波路パタン７の接続端面とＹ方向において位置合わせす
ることができ、光素子と光導波路パタン７との光接続を
精度良く行なえる光導波路素子を製造することができ
る。

【００３１】なお、本発明は上記実施形態例に限定され
ることはなく様々な実施の態様を採り得る。例えば、上
記実施形態例では、光導波路パタン７に対応させて、１
本のＶ溝９を形成するようにしたが、光導波路パタン７
のパタンは特に限定されるものではないし、Ｖ溝９の形
成本数や大きさなども特に限定されるものではなく、適
宜設定されるものである。

【００３２】また、上記実施形態例では、光導波路層１
２やＶ溝９を形成する基板はシリコン基板２としたが、
基板は必ずしもシリコン基板２とするとは限らず、光導
波路路素子の用途などに対応させて、適宜設定されるも
のであり、また、クラッド層５，８や光導波路パタン
７、バッファ層６の形成材料も特に限定されるものでは
なく、適宜設定されるものである。

【００３３】さらに、上記実施形態例では、光導波路層
１２に隣接させて、光導波路層１２の一方側の端部側に
Ｖ溝９を形成し、他方側の端部側に光素子搭載用の電極
１０を設けたが、電極１０や配線パタン、バンプ等の配
設形態は特に限定されるものではなく、適宜設定される
ものであり、これらの電極１０や配線パタン、バンプな
どは省略することもできる。

【００３４】さらに、上記実施形態例では、シリコン基
板２上に光素子を搭載する構成としたが、光導波路素子
のシリコン基板２上には、必ずしも光素子を搭載すると
は限らず、本実施形態例の光導波路素子の製造方法は、
シリコン基板２などの基板上に、光導波路層１２とＶ溝
９などのＶ字形溝を形成して成る光導波路素子の製造方
法として広く適用されるものである。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、基板の光導波路パタン
形成領域に凹部を形成し、凹部に下部クラッド層を形成
し、下部クラッド層の表面と基板の表面とが同一面とな
るように平坦化した後、下部クラッド層の上部側に光導
波路パタンを形成するため、光導波路パタンの厚み方向
（Ｙ方向）の位置を、下部クラッド層の厚みのばらつき
に影響されることなく、正確に形成することができる。
したがって、光導波路素子を設計するときに、光導波路
パタンの接続端面とＶ字形溝に挿入される光ファイバの
コアの接続端面とが前記Ｙ方向で一致するように、光導
波路パタンとＶ字形溝とを設計して光導波路素子を製造
すれば、光導波路パタンの接続端面と前記光ファイバの
コアの接続端面とのＹ方向の位置を一致させることがで
きる。

【００３６】また、本実施形態例によれば、下部クラッ
ドの表面と基板の表面とが同一面となるように平坦化し
た後に、光導波路パタンの形成基準となるアライメント
マーカーを基板の表面に形成し、このアライメントマー
カーを基準として下部クラッド層の上部側に光導波路パ
タンを形成し、さらに、アライメントマーカーを基準と
してＶ字形溝を形成するため、光導波路パタンとＶ字形
溝を共通のアライメントマーカーを基準として、正確に
形成することができ、光導波路パタンの接続端面と前記
光ファイバのコアの接続端面との位置を、前記Ｙ方向と
Ｖ字形溝の軸方向に共に直交する方向をＸ方向で一致さ
せることができる。

【００３７】そのため、本実施形態例によれば、光導波
路パタンとＶ字形溝に挿入される接続相手側の光ファイ
バとを正確に位置合わせすることが可能となり、光導波
路パタンと接続相手側の光ファイバとを精度よく接続す
ることができる優れた光導波路素子を製造することがで
きる。

【００３８】また、本第２の発明によれば、下部クラッ
ド層の表面と基板の表面を平坦化した後にアライメント
マーカーを形成し、その後、アライメントマーカーの形
成領域を避けた基板上に、下部クラッド層と同じ組成の
バッファ層を形成するために、例えば基板上に設けられ
る光素子を、光導波路パタンの接続端面とＹ方向におい
て位置合わせすることができ、光素子と光導波路パタン
との光接続を精度良く行なえる光導波路素子を製造する
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素子の製造方法の一実施
形態例を斜視図により模式的に示す要部説明図である。

【図２】光導波路素子を形成するために用いられるシリ
コンウエハの平面説明図である。

【図３】従来の光導波路路素子の製造方法を断面図によ
り模式的に示す説明図である。

【符号の説明】

１ シリコンウエハ ２ シリコン基板 ３ アライメントマーカー ４ 凹部 ５ 下部クラッド層 ６ バッファ層 ７ 光導波路パタン ８ 上部クラッド層 ９ Ｖ溝

フロントページの続き (72)発明者 根角 昌伸 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 川島 洋志 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 中村 史朗 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA24 BA35 DA04 DA11 DA12 2H047 KA04 MA05 MA07 PA01 PA21 PA24 RA00 TA00 TA32

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、光導波路パタンを有する光導
   波路層と、前記光導波路パタンに接続される光ファイバ
   挿入用のＶ字形溝とが設けられている光導波路素子の製
   造方法であって、前記基板の前記光導波路パタン形成領
   域に凹部を形成し、該凹部に下部クラッド層を形成した
   後、該下部クラッド層の表面と前記基板の表面とが同一
   面となるように平坦化し、然る後に、前記光導波路パタ
   ンの形成基準となるアライメントマーカーを前記基板表
   面に形成し、このアライメントマーカーを基準として前
   記下部クラッド層の上部側に光導波路パタンを形成し、
   該光導波路パタンの上部側を上部クラッド層で覆って光
   導波路層を形成した後、前記Ｖ字形溝の形成領域の光導
   波路層を除去して前記基板表面を露出させ、然る後に、
   この露出した基板の表面側に前記アライメントマーカー
   を基準としてＶ字形溝を形成することを特徴とする光導
   波路素子の製造方法。
2. 【請求項２】 基板の前記光導波路パタン形成領域に凹
   部を形成し、該凹部に下部クラッド層を形成して、該下
   部クラッド層の表面と前記基板の表面とが同一面となる
   ように平坦化し、アライメントマーカーを基板表面に形
   成した後、該アライメントマーカー形成領域を避けた基
   板上の下部クラッド層上部側に該下部クラッド層と同じ
   組成のバッファ層を形成し、然る後に、前記アライメン
   トマーカーを基準として光導波路パタンを形成すること
   を特徴とする請求項１記載の光導波路素子の製造方法。