JP2004226632A

JP2004226632A - 接合基板及び光回路基板並びにその製造方法

Info

Publication number: JP2004226632A
Application number: JP2003013624A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Umebayashi; 信弘梅林
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 2003-01-22
Filing date: 2003-01-22
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】高精度で密着性よく接合された接合基板及びそれを用いた光回路基板ならびにその製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる接合基板は、光透過性基板１と光透過性基板に対向して設けられた光透過性基板１１を備えている。光透過性基板１と光透過性基板１１には凹部５が設けられ、その中にレーザー光により溶融可能な接合部材３が形成されている。接合部材３と光透過性基板１の間には接合部材より高い融点を有し、接合力の高い下地層２が形成されている。さらに凹部５から光透過性基板１の端部まで、空気穴６が形成されている。本発明にかかる接合基板は光透過性基板１側からレーザー光を照射している。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光透過性基板と基板を接合した接合基板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の光通信技術の発達により、基板上に光導波路等の光素子を備えた光デバイスが利用されている。この光導波路にレーザー光を効率よく集光させるため、光透過性基板の一部にマイクロレンズを形成することが考えられる。例えば、ガラス基板の一部を曲面とすることにより、光導波路にレーザー光を集光させることができる。しかし、１枚のガラス基板では、その厚さにより制限を受けるため十分に集光できない場合がある。このため、２枚のマイクロレンズを有する基板を接合して、２つのレンズを組み合わせて、集光させる方法が考えられる。
【０００３】
この２枚の光透過性基板を接合させる方法には、従来から回路基板等に用いられている異種あるいは同種の基板を接合する方法を利用することが考えられる。この回路基板にはガラス等の光透過性基板、金属基板、セラミック基板等の多数の種類が用いられ、同種又は異種の基板を接合させている。以下、従来から用いられている回路基板の接合方法を利用する場合の問題点について説明する。
【０００４】
例えば、Ｓｉ基板とパイレックス（登録商標）ガラス基板の接合に用いられている陽極接合やＳｉ基板とＳｉ基板との接合に用いられている直接接合、界面接合がある。しかし、陽極接合、直接接合では高温状態としなければならないため、基板に金属配線パターンが設けられている場合は金属が溶融してしまうという問題点があった。また接合させる光透過性基板の材質が耐熱性を有するものに限定されてしまう。さらに陽極接合では高電圧が必要となってしまい処理が複雑化する。また、界面接合は室温で処理することも可能であるが真空処理やフッ酸処理等の複雑な処理が必要であった。
【０００５】
この他の方法としては接着剤による接合が考えられる。この方法では室温環境下で手軽に接着することができる。しかし耐熱性が低く、有機系の接着剤を用いた場合は環境に対する悪影響が生じるという問題点がある。さらに、基板間に接着剤が残存して間隙が生じる。この接着剤を平坦に塗布することは困難であるため、光透過性基板が部分的に浮き上がってしまい隙間が生じ、平行に接合させることができなかった。この基板の高さ方向の位置ずれにより、マイクロレンズの光学特性が劣化するという問題があった。すなわち、マイクロレンズを透過する光の焦点が光導波路の位置からずれて光を光導波路に効率よく集光することができなかった。
【０００６】
また、ガラス基板とガラス基板との間に光吸収薄材を設け、光を照射し接合させる方法が提案されている（例えば、特許文献１）しかし、この方法でも光透過性基板間に光吸収材が残存するため、高さ方向の位置ずれが生じ、マイクロレンズの光学特性を劣化させるということもあった。
【０００７】
セラミックスと金属の取り付け方法ではあるが、セラミックスの表面に凹部を設け、その凹部に金属ろう材を配し、その部分を加熱してろう材を溶融し金属部材を接合する方法が提案されている（例えば、特許文献２）しかし、ろう材ではガラス等の光透過性基板との接合では十分な接合を得ることができないという問題があった。
【０００８】
【特許文献１】
特開平２−１２０２５９号公報
【特許文献２】
特開昭６０−１０３０８３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の基板の接合方法では、高精度で２枚の基板を密着性よく接合させることが困難であるという問題点があった。
【００１０】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、高精度で密着性よく接合がされた接合基板及びそれを用いた光回路基板並びにその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる接合基板は、第１の基板（例えば、本発明の実施の形態にかかる光透過性基板１）と、前記第１の基板に設けられた凹部（例えば、本発明の実施の形態にかかる凹部５）と、前記第１の基板の凹部が設けられた面と対向して設けられた第２の基板（例えば、本発明の実施の形態にかかる光透過性基板１１）と、前記凹部の中に形成された接合部材を備え、前記第１の基板または第２の基板の少なくともいずれか一方を透過する波長のレーザー光を照射することにより接合されたものである。これにより、高精度の接合を密着性よく行うことができる。
【００１２】
前記接合部材と前記凹部の間に設けられ前記接合部材よりも第１の基板に対する接合力が高い材料により形成された下地層をさらに有する請求項１記載の接合基板。これにより、密着性を向上することができる。
【００１３】
上述の接合基板において、前記接合部材と前記凹部の間に設けられ前記接合部材よりも第２の基板に対する接合力が高い材料により形成された下地層をさらに有することが望ましい。これにより、密着性を向上することができる。
上述の接合基板において前記第２の基板の前記第１の基板の凹部に対向する位置に接合部材を有する凹部を前記第２の基板上にさらに備えることが望ましい。これにより、密着性を向上することができる。
上述の接合基板において、前記第２の基板に設けられた前記接合部材と前記第２の基板の間に設けられ、前記接合部材よりも第２の基板に対する接合力が高い材料により形成された下地層を前記さらに有することが望ましい。これにより、密着性を向上することができる。
【００１４】
上述の接合基板において前記凹部から前記第１の基板の端部まで設けられた空気穴をさらに備えていてもよい。これにより、レーザー照射時に凹部の空気の膨張による影響を防ぐことができる。
【００１５】
上述の接合基板の好適な実施の形態は前記接合部材がＡｕ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｐｂ又はＺｎの少なくとも１種類を有する金属層若しくは合金層を備えるものである。これにより、低融点での溶融が可能になる。
【００１６】
上述の接合基板の好適な実施の形態は前記下地層がＣｒ、Ｔｉ、Ｐｔ又はＡｕの少なくとも１種類を有し、前記接合部材より高い融点を有するものである。これにより、接合強度を向上することができる。
【００１７】
本発明にかかる光回路基板は上述のいずれかの接合基板と、前記接合基板に形成された光素子を備えたものである。
【００１８】
さらに上述の光回路基板はダイシングすることにより光モジュールに用いることが好適である。
【００１９】
本発明にかかる接合基板の製造方法は第１の基板と第２の基板が接合された接合基板の製造方法であって、前記第１の基板に凹部を設けるステップと、前記凹部に接合部材を形成するステップと、前記第１の基板の凹部が設けられた面と第２の基板を対向させるステップと、前記第１の基板又は第２の基板の少なくともいずれか一方が光透過性を有し、当該光透過性を有する基板を介して前記凹部にレーザー光を照射するステップを備えるものである。これにより、高精度で密着性よく基板を接合することができる。
【００２０】
上述の接合基板の製造方法において前記凹部を設けるステップが、第１の基板にレジストを塗布するステップと、前記凹部を設ける箇所のレジストを除去するステップと、前記レジストが除去された箇所の前記第１の基板をエッチングにより前記凹部を設けるステップを備え、前記接合部材を形成するステップが、前記レジストの上及び前記凹部に前記接合部材を形成するステップと、前記レジストを除去するステップを有することが望ましい。これにより、容易に接合部材を第１の基板の表面以下にすることができる。
【００２１】
上述の製造方法において前記凹部と前記接合部材との間に下地層を形成するステップをさらに備えることが望ましい。これにより、密着性を向上することができる。
【００２２】
上述の製造方法において前記第２の基板に第２の下地層を形成するステップをさらに備えることが望ましい。これにより、密着性を向上することができる。
【００２３】
本発明にかかる接合基板の製造方法は第１の基板と第２の基板を接合させる接合基板の製造方法であって、前記第１の基板に凹部を設けるステップと、前記第２の基板における前記凹部に対応する位置に接合部材を形成するステップと、前記第１の基板と第２の基板を対向させるステップと、前記第１の基板又は第２の基板の少なくともいずれか一方が光透過性を有し、当該光透過性を有する基板を介して前記凹部にレーザー光を照射するステップを備えるものである。これにより、光透過性基板を高精度で密着性よく接合させることが可能になる。
【００２４】
上述の製造方法において前記凹部に下地層を形成するステップをさらに備えることが望ましい。これにより、接合強度を向上することができる。
【００２５】
上述の製造方法において前記第２の基板と前記接合部材との間に下地層を形成するステップをさらに備えることが望ましい。これにより、接合強度を向上することができる。
【００２６】
本発明にかかる光回路基板の製造方法は第１の基板と第２の基板が接合された光回路基板であって、第１の基板又は第２の基板に光素子を形成するステップを備え、前記第１の基板と前記第２の基板を上述のいずれかの接合基板の製造方法により接合するものである。
本発明にかかる光モジュールの製造方法は上述の光回路基板の製造方法により接合基板を製造するステップと、前記接合基板をダイシングするステップを有するものである。
【００２７】
本発明にかかる光透過性部材の接合方法は第１の部材と光透過性部材を有する第２の部材を接合させる光透過性部材の接合方法であって、前記第２の部材に凹部を設けるステップと、前記凹部に接合部材を形成するステップと、前記接合部を第１の部材に当接させるステップと、前記凹部にレーザー光を照射するステップを有するものである。これにより、高精度で密着性よく固定することが可能になる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態１．
本発明の実施の形態１にかかる接合基板の構成について図１、図２を用いて説明する。図１は本実施の形態にかかる接合基板の構成を示す平面図である。図２は本実施の形態にかかる接合基盤の構成を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ断面図である。１は光透過性基板、２は下地層、３は接合部材、５は凹部、６は空気穴、７はマイクロレンズ、８はアライメントマーク、９はレーザー光、１１は光透過性基板である。
【００２９】
光透過性基板１と光透過性基板１１の中央付近にはマイクロレンズ７が設けられている。このマイクロレンズ７は光透過性基板１と光透過性基板１１の対向する面の中央付近が各々凸レンズ形状に加工されることにより形成される。また光透過性基板１と光透過性基板１１にはマイクロレンズ７の両側に凹部５が設けられている。光透過性基板１と光透過性基板１１はアライメントマーク８によって位置合わせされる。光透過性基板１及び光透過性基板１１に設けられた凹部５には接合部材３及び下地層２が設けられている。光透過性基板１側から紫外線のレーザー光９を凹部に照射して、接合部材３を溶融し光透過性基板１と光透過性基板１１を接合させている。
【００３０】
光透過性基板１には光の吸収が少ないガラス基板、石英基板等が用いられている。あるいはポリイミド基板を用いてもよい。またレーザー光を透過する材質であればよいのでニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、Ｔａ_２Ｏ_５、Ａｌ_２Ｏ_３等のものを用いてもよい。レーザー光の波長を１１００ｎｍ以上さらに望ましくは１３００ｎｍ以上とすれば、この波長に対して吸収の少ないＳｉ基板を用いることができる。また、基板の一部が光透過性を有する基板であってもよい。本実施の形態では光透過性基板１及び光透過性基板１１も同じ石英から形成される。
【００３１】
この石英等からなる光透過性基板１にマイクロレンズ７を形成する。マイクロレンズ７の形成には通常の方法を用いることができる。例えば、リソグラフでレジストを円形にパターンニングし、さらにレジスト部以外にＣｒを蒸着で０．３μｍ形成する。レジストを熱処理して球状化した後、ドライエッチングによりレンズのパターンを石英に転写する。マイクロレンズを形成後、Ｃｒを除去する。このようにしてマイクロレンズ７を形成することができる。もちろんこれ以外の方法を用いて基板と一体的にマイクロレンズ７を形成することも可能である。光透過性基板１１にも同様の方法でマイクロレンズ７を形成している。本実施の形態ではさらに別の位置にリフトオフ法で位置合わせのためのアライメントマーク８を形成している。
【００３２】
次に光透過性基板１に凹部５、下地層２、接合部材３を設ける工程について図３を用いて説明する。図３は製造工程を示す断面図である。図１、図２で付した符号と同一の符号は同一の構成を示すため、説明を省略する。４はレジストである。まず図３（ａ）に示すようにレジスト４のパターンを形成する。レジスト４は通常の露光、現像工程でパターニングすることができる。ポジ型レジスト、ネガ型レジストのどちらを用いてもよい。凹部５を形成する箇所に開口を有するようなパターンを形成する。そして、ドライエッチング、ウェットエッチング、プラズマ処理、物理的研磨等の方法を用いて、光透過性基板１に凹部５を形成する。中でも、エッチングによる方法が微細な凹部５を形成できるため、微細な加工が要求される場合に好適である。この凹部５を形成した状態は図３（ｂ）に示すようになる。
【００３３】
さらに蒸着、スパッタ、めっき処理などにより下地層２を設ける。この下地層２は光透過性基板１に対する接合力が接合部材３よりも高い材料により構成される。下地層２としては例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｒ等の金属層あるいはこれらの合金層を用いることができる。また単層であってもよく、上述の金属層を積層してもよい。これにより、下地層２と光透過性基板１が強固に接合される。微細凹部への形成が容易である点及び接合力による点から蒸着法、スパッタ法により形成することが望ましい。この下地層２の上から接合部材３を設ける。例えば、接合部材３にはＡｕ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｚｎ等の金属層あるいはＡｕ−Ｓｎ等のこれらの合金をめっき、蒸着、スパッタ処理により形成する。これにより、下地層２と接合部材３の金属が拡散接合されるため、接合部材３と光透過性基板１を直接接合する場合よりも、接合強度が高くなる。接合部材３はレーザー光の吸収率が高い材料とすることにより、短時間で接合を行うことができるようになる。また、接合部材３は下地層２より低い融点で溶融可能な金属材料を用いることが望ましい。この下地層２と接合部材３を形成した状態は図３（ｃ）に示すようになる。
【００３４】
次にレジスト４を除去するためフッ酸などを用いてリフトオフ処理を行う。この際レジスト４の上に設けられている下地層２及び接合部材３も同時に除去することができる。従って、凹部５のみに下地層２及び接合部材３が形成された状態となる。この状態を図３（ｄ）に示す。以上の処理により、凹部５に下地層２と接合部材３が形成される。このようにリフトオフ法を用いることによって、容易に光透過性基板１の表面以下に接合部材３を形成することができる。従って、光透過性基板１と光透過性基板１１を対向させて接合させた場合であっても、高さ方向の位置ずれを防ぐことができる。
【００３５】
同様に光透過性基板１１にも凹部５を設け、下地層２及び接合部材３を形成する。そして、図２に示すように光透過性基板１の凹部５が設けられている面と光透過性基板１１の凹部５が設けられている面を対向させる。光透過性基板１の凹部５と光透過性基板１１の凹部５は対向する位置に形成されている。この際にアライメントマーク８を用いることにより、正確に位置合わせすることができる。そして、光透過性基板１側から凹部５にレーザー光９を照射する。レーザー光９は下地層２に照射され、この下地層２を加熱する。この加熱に伴って、接合部材３の温度も上昇し、接合部材３の温度が融点以上となり接合部材３は溶融する。なお、下地層２は接合部材３より融点が高いため、溶融しない。そして、光透過性基板１の凹部５に設けられた接合部材３と光透過性基板１１の凹部５に設けられた接合部材３が拡散する。レーザー光の照射を止めることにより、接合部材３の温度が融点以下になり、溶融状態から固体状態に戻り両基板の接合部材３が結合される。これにより、両基板を接合させることが出来る。もちろん違う方向から凹部５にレーザー光を照射してもよいし、下地層２がレーザー光９を透過する場合は接合部材３に直接照射、加熱されることになる。
【００３６】
さらに下地層２がレーザー光９を吸収する場合であっても、下地層２の一部に開口を設けて直接接合部材３を照射してもよい。また、レーザー光９のパワー、波長等を調整することにより、常温環境下における短時間の接合が可能となる。さらにレーザー照射される領域が狭いことから、基板に熱膨張などの影響を及ぼさずに接合することができ、接合時間の短縮化を図ることができる。これにより、生産性も向上する。特に光透過性基板１の吸収が小さい波長のレーザー光９を用いることにより、基板の熱膨張の影響を小さくすることができる。また、光透過性基板１と光透過性基板１１の両方に凹部５を設け、下地層２及び接合部材３を形成することにより、より強固な接合をすることが可能になる。
【００３７】
また、凹部５の中に下地層２及び接合部材３を設けることにより、基板表面を平坦にすることができる。従って、２枚の基板を平行に接合することができる。これにより、高精度の接合が可能になりマイクロレンズ７の光学特性を劣化させることなく接合することができる。さらに、有機系接着剤ではなく金属材料を用いているため、環境に対する悪影響がなく長期間の保存での劣化もない。またＵＶ樹脂等を用いて接合するよりも耐熱性も高く、後の工程で高温プロセス（ハンダリフロー等の電子回路実装技術等）を用いても位置ずれを起こすことがない。また、多数の基板の接合も容易に行うことができる。
【００３８】
また、本実施の形態では図２に示すように凹部５から基板端まで空気穴６を設けている。この空気穴６はエッチング、物理的研磨等により光透過性基板１又は光透過性基板１１に形成することが出来る。レーザーの照射で凹部５に含まれる空気が熱により膨張した場合であっても、空気が空気穴６から抜けていき、基板の接合に対する影響を防ぐことができる。これにより高精度で密着性の優れた接合を行うことが可能になる。
【００３９】
接合部材３は光透過性基板１の表面の高さまで設ける必要はない。すなわち接合部材３を光透過性基板５の表面以下として凹部５に隙間を設けることも可能である。これにより、レーザー照射時の溶融により、接合部材３が熱膨張しても基板への影響を防ぐことができ、位置ずれが生じない。このようにして、より高精度に接合された接合基板を製造することができる。また、レーザー光９を照射するだけで接合することができるので、基板を多数積層した場合であっても接合を容易に行うことができる。
【００４０】
本発明の実施の形態２．
実施の形態１では光透過性基板１及び光透過性基板１１の両方とも石英からなる光透過性の基板を用いたが、一方が光透過性基板で他方が金属基板、セラミック基板等の光を透過しない基板である場合であっても接合することが可能である。本実施の形態では金属基板と光透過性基板の接合基板の一例を示している。図４は本実施の形態にかかる接合基板の構成を示す断面図であり、凹部周辺の拡大図である。図１、図２で付した符号と同一の符号は同一の構成を示すため説明を省略する。１５は金属基板である。
【００４１】
本実施の形態では金属基板１５と光透過性基板１の接合部分を示しており、その他の構成は実施の形態１と同様であるため説明を省略する。本実施の形態では金属基板１５を用いているため、接合部材３の金属が直接拡散接合される。よって、金属基板１５には蒸着、スパッタ等により下地層を設けなくても密着性良く接合することが出来る。これにより、図４に示されるように光透過性基板１側にのみに凹部５を設けることにより実施の形態１と同様に接合基板を製造することができる。
【００４２】
さらに光透過性基板１側からレーザー光を照射することにより、一方が光透過性基板１であって、他方が光を透過しない金属基板１５である場合でも、実施の形態１と同様に精度良く接合することができる。また、金属基板１５の代わりにセラミック基板を接合させる場合でも同様に接合することができる。セラミック基板との密着性が低い場合は実施の形態１と同様にセラミック基板に接合力の高い下地層２を設けてもよい。
【００４３】
このような金属基板（セラミック基板）と光透過性基板の接合は基板の接合以外にも利用することができる。例えば、金属鏡筒内に円柱状の光透過性のガラスレンズを固定する際にも利用することができる。図５、図６を用いて金属鏡筒内に円柱型のガラスレンズを設けたレンズユニットの製造方法について説明する。図５はレンズユニットの構成を示す斜視図である。図６（ａ）はレンズユニットの横方向の断面図である。図６（ｂ）はレンズユニットの高さ方向の断面図である。図１、図２で付した符号と同一の符号は同一の構成を示すため説明を省略する。１７は金属鏡筒、１８はレーザー照射口、１９はガラスレンズである。
【００４４】
円柱型のガラスレンズ１９を金属鏡筒１７の所定の位置まで挿入する。ガラスレンズ１９には実施の形態１と同様に凹部５が設けられており、凹部５の中に下地層２、接合部材３が形成されている。金属鏡筒１７にはこの凹部５にレーザー光を照射可能な位置にレーザー照射口１８が設けられている。このレーザー照射口１８から凹部５にレーザー光を照射し、接合部材３を溶融して接合する。一箇所に限らず二箇所以上に凹部５とレーザー照射口１８を設けて複数箇所で接合してもよい。このように、基板の接合だけでなく金属鏡筒１７とガラスレンズ１９の接合にも利用することができ、レンズユニットを容易に製造することができる。ガラスレンズ１９の凹部５内に接合部材３を形成することによって、接合部材がガラスレンズ１９の表面以下となり金属鏡筒１７内に容易に挿入することができ、精度よく接合させることが可能となる。もちろん、ガラスレンズ１９は円柱型に限らず他の形状でもよい。
【００４５】
本実施の形態にかかる金属部材と光透過性部材の接合方法は円柱型レンズ以外の形状、構成に対しても利用することができる。この場合、光透過性部材に設けられた凹部に接合部材を形成する。そして、その接合部材を金属部材に当接させて、レーザー光を照射すればよい。金属部材に限らずセラミック部材と光透過性部材を接合する接合方法に対しても利用することができる。このように接合することにより高精度で密着性よく接合することができる。
【００４６】
発明の実施の形態３．
本実施の形態は上述の実施の形態で示した光透過性基板１１側の構成を変更したものであり、これ以外の構成及び製造方法は上述の実施の形態と同様であるため説明を省略する。上述の実施の形態では凹部５に対応する位置にのみ下地層２が形成されていたが、本実施の形態では光透過性基板１１の全面に下地層２を設けている。この構成について図７を用いて説明する。図７は凹部周辺の断面図である。図１、図２で付した符号と同一の符号は同一の構成を示すため説明を省略する。
【００４７】
本実施の形態では光透過性基板１１の表面に下地層２が形成されている。この下地層２は上述の実施の形態と同様に蒸着、スパッタ等により形成する。なお、マイクロレンズ７が設けられている部分の下地層２については、エッチングにより除去する。蒸着、スパッタでは面全体に均一に下地層２を形成することでき、また接合部材３のように溶融して面全体の均一性が劣化することがない。従って、下地層２が設けられている面を光透過性基板１の表面と接触させた状態で接合しても、高さ方向の位置ずれがなく、精度良く接合することが可能である。また図８に示すように光透過性基板１１に下地層２を形成し、その上に凹部５に対応する接合部材３を形成した構成でもよい。このような構成であっても同様の効果を得ることが出来る。もちろん光透過性基板１側の表面に下地層２を設けても同様の効果を得ることができる。
【００４８】
実施例１．
本実施例では光透過性基板同士を接合した接合基板の別の形態を示す。図９は本実施例にかかる接合基板の構成を示す凹部周辺の断面図である。図１、２で示した符号と同一の符号は同一の構成を示すので説明を省略する。本実施例にかかる接合基板は図１、図２に示した接合基板と凹部５周辺以外は同様の構成をしているため、説明を省略する。以下の接合基板の製造手順について説明する。
【００４９】
実施の形態１と同様にマイクロレンズ７を光透過性基板１に形成した。より詳細にはリソグラフでレジストを円形にパターンニングし、さらにレジスト部以外にＣｒを蒸着で０．３μｍ形成した。レジストを熱処理して球状化した後、ドライエッチングによりマイクロレンズのパターンを石英に転写した。マイクロレンズを形成後、Ｃｒを除去した。以上の処理により、レンズ頂部が基板表面より低くなった基板一体型レンズを形成することが出来た。
【００５０】
本実施例では、実施の形態１と同様に光透過性基板１に凹部５、下地層２、接合部材３を形成した。以下にその形成方法について詳細に説明する。光透過性基板１の上にレジスト４を塗布し、露光、現像により所定のパターンニングを行った。パターニングされた基板を硝酸第２セリウムアンモニウムに漬けて、パターニングされた領域だけＣｒ膜をエッチバックした。以上の操作により、光透過性基板１に凹部５を形成する箇所のパターニングを行った。次にバッファードフッ酸に浸漬し、Ｃｒ膜が除去された部分のみ石英をエッチングして凹部５を設けた。凹部５の深さは０．３μｍとした。
【００５１】
本実施例では下地層２にＴｉ、Ｐｔ、Ａｕの３層を用いた。接合部材３にＡｕ−Ｓｎを用いた。これらの膜厚はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ａｕ−Ｓｎ＝０．１／０．１／０．３／１．０μｍとなるように蒸着した。そしてリフトオフによりレジスト及びＣｒ膜を除去した。以上の手順により図９に示すようにエッチングされた凹部５の部分にのみ下地層２と接合部材３（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ａｕ−Ｓｎ）が形成され、基板表面より１．５μｍの深さに接合部材３（Ａｕ−Ｓｎ層）が形成することができた。上述のように最下層をＴｉとすることにより、光透過性基板１との密着性を上げることができた。またＰｔ層を設けることにより、ＴｉにＡｕが拡散するのを防ぐことができた。ＡｕはＡｕ−Ｓｎ層との密着性を上げるために設けた。接合部材３は下地層２より融点を低くするためＡｕ−Ｓｎとした。また、Ａｕ−Ｓｎは後のプロセス温度に影響を受けないようにすることが望ましい。また下地層２、接合部材３は上記の材料に限定されるものではない。例えば、接合部材３にはＡｕ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｐｂ又はこれらの合金を用いることもできる。
【００５２】
本実施例では対向する光透過性基板１１に凹部５を設けずに下地層２及び接合部材３を設けた。この下地層２と接合部材３により光透過性基板１１の表面から突出する凸部１６を形成した。この下地層２と接合部材３は光透過性基板１と同様にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ａｕ−Ｓｎ＝０．１／０．１／０．３／１．０μｍとなるように蒸着した。光透過性基板１と光透過性基板１１を対向させた際に凹部５と同じ位置になるように凸部１６をパターニングした。これにより、基板を接合する際に嵌合させることが出来た。そして、光透過性基板１側から凹部５にレーザー光９を照射し、接合部材３を結合させた。本実施例では光透過性基板１に設けられた凹部５と光透過性基板１１に設けられた凸部１６の位置は正確に一致しており、また凸凹が嵌合するために基板間に隙間が生じなかった。このような構成によっても実施の形態１と同様に接合基板を形成することも可能であった。本実施の形態では凸部１６と凹部５をアライメントマークとして利用すること可能である。なお、本実施の形態で示した詳細な下地層２と接合部材３の構成を他の実施の形態において用いることが可能である。
【００５３】
実施例２．
本実施例にかかる光回路基板について図１０について説明する。図１０は光回路基板の構成を示す断面図である。図１、図２で付した符号と同一の符号は同一の構成を示すので説明を省略する。１２は半導体基板、１３は面発光レーザー、１４は光導波路である。本実施例にかかる光回路基板は光透過性基板１１、光透過性基板１、半導体基板１２の３層の基板から構成され、さらに光透過性基板１１には光導波路１４を設けた。半導体基板１２はＧａＡｓ半導体であった。光透過性基板１１及び光透過性基板１は実施の形態１と同様に石英基板であり、マイクロレンズ７をその中央付近に形成した。半導体基板１２には面発光レーザー１３（ＶｅｒｔｉｃａｌＣａｖｉｔｙＳｕｒｆａｃｅＥｍｉｔｔｉｎｇＬａｓｅｒ）を設けた。半導体基板１２の面発光レーザー１３が設けられている面には回路（図示せず）や配線（図示せず）が設けられおり、面発光レーザー１３を駆動することができるようになっている。半導体基板１２の面発光レーザー１３が設けられている面と反対側の面には実施の形態１で説明した光透過性基板１を設けた。さらに光透過性基板１のマイクロレンズ７が設けられている面には光透過性基板１１を設けた。面発光レーザー１３から出射された光はマイクロレンズ７に入射されるように、光透過性基板１と半導体基板１２は位置合わせして、接合した。マイクロレンズ７に入射した光は、光透過性基板１１に設けられた光導波路１４に集光されるようになっている。光を効率よく光導波路１４に集光するためには、半導体基板１２と光透過性基板１の接合及び光透過性基板１と光透過性基板１１の接合を精度よく行い、面発光レーザー１３、マイクロレンズ７、光導波路１４の光軸を合わせる必要があるため、以下に示す工程で製造した。
【００５４】
半導体基板１２にレジストをパターニングし、エッチングにより所定の位置に凹部５を設けた。下地層２にはＴｉ、Ｐｔ、Ａｕの３層を蒸着した。接合部材３にはＡｕ−Ｓｎを蒸着した。リフトオフ法でレジストを除去すると共に下地層２と接合部材３をパターニングした。それぞれの厚みはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ａｕ−Ｓｎ＝０．１／０．１／０．３／１．０μｍとした。なお、光透過性基板１にも同様に半導体基板１２と接合する面及び光透過性基板１１と接合する面の所定の位置に凹部５を形成した。凹部５には下地層２にＴｉ、Ｐｔ、Ａｕを、接合部材３にＡｕ−Ｓｎを蒸着し、リフトオフ法でパターニングした。それぞれの厚みはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ａｕ−Ｓｎ＝０．１／０．１／０．３／１．０μｍとした。また光透過性基板１１にも所定の位置に凹部５を設け、下地層Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕと接合部材Ａｕ−Ｓｎを蒸着し、リフトオフ法でパターニングした。それぞれの厚みはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ａｕ−Ｓｎ＝０．１／０．１／０．３／１．０μｍとした。
【００５５】
まず、半導体基板１２と光透過性基板１を対向させ、凹部５にレーザー光を照射して接合部材３を溶融させ、半導体基板１２と光透過性基板１を接合させた。さらに光透過性基板１のマイクロレンズ７が設けられている面と光透過性基板１１のマイクロレンズ７が設けられている面を対向させ同様に接合させた。このように本発明は積層の基板の接合にも利用することが出来た。もちろん、３枚の基板を一度に位置合わせさせ、それぞれの凹部に順次又は同時にレーザー光を照射して接合させてもよい。このようにしても、高精度の接合を行うことができ、光回路基板の光学特性を向上させることができる。もちろん接合させる基板の枚数は３枚に限らず２枚又は４枚以上でもよい。
【００５６】
なお、図１０に示す例では、接合部は、光透過性基板１１と光透過性基板１間及び光透過性基板１と半導体基板１２間とで基板の主面に垂直な方向から見たときに重なるような位置に配置されているが、これに限らず互いにずらしてもよい。これにより、基板の上方からレーザー光を照射したとき、各接合部分に照射することができるため、一度に多数の基板を対向させて接合することができ製造工程を簡略化することができる。
【００５７】
その他の実施の形態．
本発明は上述した実施例だけに限られず、様々な変更が可能である。例えば、実施の形態ではマイクロレンズ７が設けられている光透過性基板について説明したが、これに限定されるものではない。例えば面発光レーザー、フォトダイオード、ＬＥＤ、ＣＣＤ、光導波路、マイクロミラー、マイクロフィルター、マイクロプリズム、光スイッチ等の光素子等が形成されていてもよい。もちろんマイクロレンズがアレイ状に設けられたマイクロレンズアレイ等を備える光透過性基板に利用することもできる。本発明は精度良く接合することができるため、高精度の位置合わせが要求される光モジュール、光デバイス等の光回路基板に用いることが好適である。さらに多数の光素子等が設けられた接合基板をダイシングしても多数の光デバイス、光モジュールを形成してもよい。光素子を一括して形成することが出来るため、生産性を向上することができる。もちろん、光素子以外の素子、回路が設けられている基板又は光素子が設けられていない基板に対しても利用することができる。
【００５８】
なお、上述の例では基盤の上方からレーザー光を照射したが、これに限らず空気穴６の部分から照射するようにしてもよい。これにより。下地層６に妨げられることなく、直接接合部材３に対してレーザー光を照射することができる。また、下地層２は必ずしも凹部５の内側全域に設ける必要はない。即ち、凹部５の一部に下地層２を設けない領域を設けなくても良い。下地層２が設けられていない領域をレーザー光で照射することにより、直接に接合部材３に対してレーザー光を照射することができる。このように直接接合部材３にレーザー光を照射することにより、照射時間を短縮化することができる。
【００５９】
凹部を設ける箇所に制限はなく、光素子等が設けられていない箇所に設ければよい。凹部の形状、大きさ、数にも特に制限はなく、必要な接合度を得ることができるよう形状、大きさ、数を調整すればよい。またそれぞれの実施の形態で示した接合基板の製造方法を組み合わせて用いることも可能である。
【００６０】
上述のような接合方法を用いることにより、常温環境下で密着性の高い接合が可能となる。また基板表面より下に接合部材が設けられているため、高さ方向の位置ずれが生じない。さらに、レーザー照射により接合部材のみ溶融されて接合されるため、基板の温度上昇が低く熱膨張による水平方向の基板の位置ずれを抑えることが出来る。これにより、高精度の接合を行うことができる。このような接合方法は積層での基板接合も容易に行うことができる。有機系の接着剤、樹脂等を使用していないため、環境に対しての悪影響もない。さらに、長期間保存での劣化もなく、耐熱性も高いため、後の工程でハンダリフロー等の高温プロセスを用いても接合部に影響がない。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、高精度で密着性よく接合がされた接合基板及びそれを用いた光回路基板ならびにその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる接合基板の構成を示す上面図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる接合基板の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる接合基板の形成工程を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２にかかる接合基板の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２にかかるレンズユニットの構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態２にかかるレンズユニットの構成を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３にかかる接合基板の構成を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３にかかる接合基板の別の構成を示す断面図である。
【図９】本発明の実施例１にかかる接合基板の構成を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施例にかかる光回路基板の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１光透過性基板、２下地層、３接合部材、４レジスト、５凹部、
６空気穴、７マイクロレンズ、８アライメントマーク、
１１光透過性基板、１２ＧａＡｓ基板、１３面発光レーザー、
１４光導波路、１５金属基板、１６凸部、１７金属鏡筒、
１８レーザー照射口、１９ガラスレンズ

Claims

凹部が設けられた第１の基板と、
前記第１の基板の凹部が設けられた面と対向して設けられた第２の基板と、
前記凹部の中に形成され、レーザー光により溶融可能な接合部材を備え、
前記第１の基板または第２の基板の少なくともいずれか一方を透過する波長のレーザー光を前記凹部に照射することにより接合された接合基板。
前記接合部材と前記凹部の間に設けられ前記接合部材よりも第１の基板に対する接合力が高い材料により形成された下地層をさらに有する請求項１記載の接合基板。
前記接合部材と前記凹部の間に設けられ前記接合部材よりも第２の基板に対する接合力が高い材料により形成された下地層を前記第２の基板上に有する請求項１記載の接合基板。
前記第２の基板の前記第１の基板の凹部に対向する位置に接合部材を有する凹部をさらに備えた請求項１又は２記載の接合基板。
前記第２の基板に設けられた前記接合部材と前記第２の基板の間に設けられ、前記接合部材よりも第２の基板に対する接合力が高い材料により形成された下地層をさらに有する請求項４記載の接合基板。
前記凹部から前記第１の基板の端部まで設けられた空気穴をさらに備える請求項１乃至３いずれかに記載の接合基板。
前記接合部材がＡｕ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｐｂ又はＺｎの少なくとも１種類を有する金属層もしくは合金層を備えることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の接合基板。
前記下地層がＣｒ、Ｔｉ、Ｐｔ又はＡｕの少なくとも１種類を有し、前記接合部材より高い融点を有することを特徴とする請求項２乃至７いずれかに記載の接合基板。
請求項１乃至８いずれか記載の接合基板と、
前記接合基板に形成された光素子を備える光回路基板。
請求項９記載の光回路基板をダイシングすることにより得られる光モジュール。
第１の基板と第２の基板が接合された接合基板の製造方法であって、
前記第１の基板に凹部を設けるステップと、
前記凹部に接合部材を形成するステップと、
前記第１の基板の凹部が設けられた面と第２の基板を対向させるステップと、前記第１の基板又は第２の基板の少なくともいずれか一方が光透過性を有し、当該光透過性を有する基板を介して前記凹部にレーザー光を照射するステップを備える接合基板の製造方法。
前記凹部を設けるステップが、
第１の基板にレジストを塗布するステップと、
前記凹部を設ける箇所のレジストを除去するステップと、
前記レジストが除去された箇所の前記第１の基板をエッチングにより前記凹部を形成するステップを備え、
前記接合部材を形成するステップが、
前記レジストの上及び前記凹部に前記接合部材を形成するステップと、
前記レジストを除去するステップを有する請求項１１記載の接合基板の製造方法。
前記凹部と前記接合部材との間に下地層を形成するステップを備える請求項１１記載の接合基板の製造方法。
前記第２の基板に下地層を形成するステップを備える請求項１１乃至１３いずれかに記載の接合基板の製造方法。
第１の基板と第２の基板が接合された接合基板の製造方法であって、
前記第１の基板に凹部を設けるステップと、
前記第２の基板における前記凹部に対応する位置に接合部材を形成するステップと、
前記第１の基板と第２の基板を対向させるステップと、
前記第１の基板又は第２の基板の少なくともいずれか一方が光透過性を有し、当該光透過性を有する基板を介して前記凹部にレーザー光を照射するステップを備える接合基板の製造方法。
前記凹部に下地層を形成するステップを備える請求項１５記載の接合基板の製造方法。
前記第２の基板と前記接合部材との間に下地層を形成するステップを備える請求項１５又は１６記載の接合基板の製造方法。
第１の基板と第２の基板が接合された光回路基板の製造方法であって、
第１の基板又は第２の基板の少なくともいずれか一方に光素子を形成するステップを備え、
前記第１の基板と前記第２の基板を請求項１１乃至１７いずれかに記載の接合基板の製造方法により接合された光回路基板の製造方法。
請求項１８記載の光回路基板の製造方法により光回路基板を製造するステップと、
前記接合基板をダイシングするステップを有する光モジュールの製造方法。
第１の部材と光透過性部材を有する第２の部材を接合させる光透過性部材の接合方法であって、
前記第２の部材に凹部を設けるステップと、
前記凹部に接合部材を形成するステップと、
前記接合部を第１の部材に当接させるステップと、
前記凹部にレーザー光を照射するステップを有する光透過性部材の接合方法。