JP7345488B2 - Substrate with alignment marks - Google Patents
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Description
本発明は、アライメントマークを備えた基板に関する。 The present invention relates to a substrate provided with alignment marks.
近年、基板上に配列されたアレイ状の光学素子が、液晶パネルや光通信用部品として多用されている。これらの光学素子は一般的に他の部品と積層状態で使用するため、光軸等を合致させる必要がある。 In recent years, array-shaped optical elements arranged on a substrate have been frequently used as liquid crystal panels and optical communication components. Since these optical elements are generally used in a stacked state with other components, it is necessary to align the optical axes and the like.
このようなアレイ状の光学素子を光軸等を合わせて積層するにあたり、各光学素子が実装された基板上に設けられたアライメントマークを手掛かりにして、位置合わせを行うという技法が用いられている。 When stacking such an array of optical elements with their optical axes aligned, a technique is used in which alignment marks are provided on the substrate on which each optical element is mounted. .
アライメントマークには、視覚的に基板の他の部位と判別できるような構成が用いられる。特許文献1には、クロム等の金属で形成されたアライメントマークを備える基板が開示されている。
The alignment mark has a structure that allows it to be visually distinguished from other parts of the substrate.
しかしながら、クロム等の金属で形成されたアライメントマークは、光吸収性が高いため、例えばアライメントマークを顕微鏡等で観察する際に、アライメントマークが形成された基板の表面と反対側の裏面の一部がアライメントマークに隠れ、基板の裏面の視認性が低下するという課題がある。 However, alignment marks formed of metals such as chromium have high light absorption properties, so when observing alignment marks with a microscope, for example, a part of the back surface opposite to the front surface of the substrate on which the alignment mark is formed is visible. There is a problem in that the marks are hidden behind the alignment marks, reducing the visibility of the back side of the board.
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板を透過して観察した場合の視認性に優れたアライメントマーク付き基板を提供することである。 The present invention has been made in view of these circumstances, and its purpose is to provide a substrate with alignment marks that has excellent visibility when observed through the substrate.
上記課題を解決するために、本発明のある態様のアライメントマーク付き基板は、基板と、基板の主面に形成されたアライメントマークと、を備える。アライメントマークは、複数の線状の凹部または凸部を有する。凹部または凸部は、主面と平行な平坦部と、主面に対して傾斜した傾斜部と、を備える。 In order to solve the above problems, a substrate with an alignment mark according to an aspect of the present invention includes a substrate and an alignment mark formed on a main surface of the substrate. The alignment mark has a plurality of linear recesses or protrusions. The concave portion or the convex portion includes a flat portion parallel to the main surface and an inclined portion inclined with respect to the main surface.
本発明の別の態様も、アライメントマーク付き基板である。このアライメントマーク付き基板は、基板と、基板の主面上に設けられたアライメントマーク形成層と、アライメントマーク層に形成されたアライメントマークと、を備える。アライメントマークは、複数の線状の凹部または凸部を有する。凹部または凸部は、主面と平行な平坦部と、主面に対して傾斜した傾斜部と、を備える。 Another aspect of the present invention is also a substrate with alignment marks. This substrate with alignment marks includes a substrate, an alignment mark forming layer provided on the main surface of the substrate, and an alignment mark formed on the alignment mark layer. The alignment mark has a plurality of linear recesses or protrusions. The concave portion or the convex portion includes a flat portion parallel to the main surface and an inclined portion inclined with respect to the main surface.
上記態様において、平坦部は、主面の法線方向から照射された光を主面の法線方向に反射し、傾斜部は、主面の法線方向から照射された光を主面の法線方向に対して傾斜した方向に反射してもよい。 In the above aspect, the flat part reflects the light irradiated from the normal direction of the main surface in the normal direction of the main surface, and the inclined part reflects the light irradiated from the normal direction of the main surface to the normal direction of the main surface. The light may be reflected in a direction oblique to the linear direction.
上記態様において、傾斜部は、曲面を含んでもよい。傾斜部は、平面を含んでもよい。 In the above aspect, the inclined portion may include a curved surface. The inclined portion may include a flat surface.
上記態様において、基板またはアライメントマーク形成層を形成する材料の屈折率は、560nmの波長において、1.2~2.7の範囲であってもよい。 In the above embodiment, the refractive index of the material forming the substrate or the alignment mark forming layer may be in the range of 1.2 to 2.7 at a wavelength of 560 nm.
上記態様において、基板またはアライメントマーク形成層を形成する材料の消衰係数は、1未満であってもよい。 In the above embodiment, the extinction coefficient of the material forming the substrate or the alignment mark forming layer may be less than 1.
上記態様において、平坦部の表面粗さは、0.001μm~50μmの範囲であってもよい。 In the above embodiment, the surface roughness of the flat portion may be in the range of 0.001 μm to 50 μm.
上記態様において、平坦部の空気に対する反射率は、560nmの波長において、0.01%~30%の範囲であってもよい。 In the above embodiment, the reflectance of the flat portion to air may be in the range of 0.01% to 30% at a wavelength of 560 nm.
上記態様において、平坦部の可視光線透過率は、30%以上であってもよい。 In the above aspect, the visible light transmittance of the flat portion may be 30% or more.
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。 Note that arbitrary combinations of the above-mentioned components and expressions of the present invention converted between methods, devices, systems, etc. are also effective as aspects of the present invention.
本発明によれば、基板を透過して観察した場合の視認性に優れたアライメントマーク付き基板を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a substrate with alignment marks that has excellent visibility when observed through the substrate.
以下、本発明の実施形態に係るアライメントマーク付き基板について説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 Hereinafter, a substrate with alignment marks according to an embodiment of the present invention will be described. Identical or equivalent components, members, and processes shown in each drawing are designated by the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted as appropriate. Further, the embodiments are illustrative rather than limiting the invention, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.
図1は、本発明の実施形態に係るアライメントマーク付き基板10の概略平面図である。図2は、図1に示すアライメントマーク付き基板10のA-A概略断面図である。アライメントマーク付き基板10は、基板12の一部にアライメントマーク14を形成したものである。
FIG. 1 is a schematic plan view of a
基板12は、第1主面12aと、第1主面12aとは反対側の第2主面12bとを有する板状体である。第1主面12aと第2主面12bは平行である。基板12を構成する材料としては、可視光に対して透明な材料、例えば、ガラス、無機酸化物、有機無機複合材料、プラスチックなどの有機材料を使用できる。
The
ガラスとしては、1価のアルカリイオンを含む多成分系ガラス、ホウケイ酸塩ガラス(例えばSCHOTT製 D263 Teco、屈折率n=1.53、消衰係数k<0.1、線膨張係数:7.2ppm/K)、石英基板(n=1.46、k<0.1、線膨張係数:0.55ppm/K)、フロートガラス(n=1.52、k<0.1、線膨張係数:9ppm/K)を例示できる。ゼロ膨張ガラスとしては、ZERODUR(0.02ppm/K)、NEOCERAM(0.00ppm/K)、CLEARCERAM(0.00±0.01ppm/K)を例示できる(ZERODURおよびNEOCERAMはショット アクチエンゲゼルシャフトの登録商標であり、CLEARCERAMは株式会社オハラの登録商標である)。 Examples of the glass include multi-component glass containing monovalent alkali ions, borosilicate glass (for example, D263 Teco manufactured by SCHOTT, refractive index n=1.53, extinction coefficient k<0.1, linear expansion coefficient: 7. 2ppm/K), quartz substrate (n=1.46, k<0.1, coefficient of linear expansion: 0.55ppm/K), float glass (n=1.52, k<0.1, coefficient of linear expansion: 9 ppm/K). Examples of zero expansion glass include ZERODUR (0.02ppm/K), NEOCERAM (0.00ppm/K), and CLEARCERAM (0.00±0.01ppm/K) (ZERODUR and NEOCERAM are registered with Schott Aktiengesellschaft. CLEARCERAM is a registered trademark of OHARA Co., Ltd.).
無機酸化物としては、シリカ(n=1.46、k<0.1)、チタニア(n=2.6、k<0.1)、ジルコニア(n=2.1、k<0.1)、酸化ニオブ(n=2.1、k<0.1)、酸化タンタル(n=2.1、k<0.1)、ポリシラン(n=1.5~2.5、k=0.2~0.6)を例示できる。 Inorganic oxides include silica (n=1.46, k<0.1), titania (n=2.6, k<0.1), and zirconia (n=2.1, k<0.1). , niobium oxide (n=2.1, k<0.1), tantalum oxide (n=2.1, k<0.1), polysilane (n=1.5-2.5, k=0.2) ~0.6) can be exemplified.
有機無機複合材料としては、オルガノポリシロキサン化合物、シルセスキオキサン化合物、ゾルゲル材料を例示できる。有機材料としては、ポリイミド、フッ素化ポリイミド、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーンなどを例示できる。 Examples of organic-inorganic composite materials include organopolysiloxane compounds, silsesquioxane compounds, and sol-gel materials. Examples of organic materials include polyimide, fluorinated polyimide, epoxy resin, acrylic resin, and silicone.
上記の基板12の材料のうち、耐熱性、耐薬品性という観点で望ましい材料としては、ガラス、シリカ、ポリシラン、オルガノポリシロキサン化合物、を例示できる。
Among the materials for the
基板12は、その一部に、導波路、回折格子、レンズ、回折光学素子などの光学素子(図示せず)を有していてもよい。例えば、基板12が1価のアルカリイオンを含む多成分系ガラスから成る基板である場合、このガラス母材に含まれる1価のアルカリイオンを、ガラス母材の光屈折率を増大させる別イオンに選択的に交換することで、埋め込み型の光導波路が形成されたガラス基板を形成できる。1価のアルカリイオンは、KイオンまたはNaイオンであってよく、ガラス母材の屈折率を増大させる別イオンはAgイオン及びタリウムであってよい。
The
本実施形態では、アライメントマーク14は、基板12の第1主面12aに形成されている。アライメントマーク14は、基板12の第1主面12aに形成された複数の直線状の凹部16を備える。複数の凹部16は、凹部16の長手方向(延在方向)に垂直な方向に配列されている。複数の線状の凹部16は、ウェットエッチング、ドライエッチング、転写法、インプリント法、レーザ加工法等の周知の方法により形成できる。例えば、ガラス基板上にマスクを形成後にウェットエッチングによってガラス基板上に凹部を形成する方法は、特開2000-235105号公報や特開2000-235178号公報記載の技術を用いることができる。なお、エッチングは、等方性エッチングでも、異方性エッチングであってもよい。等方性エッチングの場合については、基板12の主面から面内方向と深さ方向のエッチング速度が同じであり、異方性エッチングの場合については、面内方向と深さ方向のエッチング速度が異なる。
In this embodiment, the
各凹部16は、図2に示すように、断面視において略U字状の凹部(溝)である。各凹部16は、平坦部18と、平坦部18の両端に形成された傾斜部20とを備える。平坦部18は、図2に示すように基板12の第1主面12aと平行な面である。傾斜部20は、基板12の第1主面12aに対して傾斜した面であり、本実施形態では、図2に示すように断面視において円弧状の曲面(凹曲面)に形成されている。本実施形態では、隣り合う凹部16における隣接する傾斜部20間の稜部21は線状となっている。また本実施形態では、稜部21の高さは、基板12の第1主面12aよりも低くなっている。
As shown in FIG. 2, each
図3は、アライメントマーク14の概略斜視図と、アライメントマーク14を垂直落射照明装置を有する顕微鏡で観察した場合に形成される像30を示す。
FIG. 3 shows a schematic perspective view of the
図3に示すように、アライメントマーク14における凹部16の平坦部18は、基板12の第1主面12aの法線方向から照射された光を該法線方向に反射する。平坦部18で反射した光は、顕微鏡の対物レンズに入射し、顕微鏡により形成される像30において明領域32として観察される。
As shown in FIG. 3, the
一方、アライメントマーク14における凹部16の傾斜部20は、基板12の第1主面12a法線方向から照射された光を該法線方向に対して傾斜した方向に反射する。したがって、傾斜部20で反射した光の一部は、顕微鏡の対物レンズに入射しないので、顕微鏡により形成される像30においていわゆる暗領域34として観察される。
On the other hand, the
各凹部16により上述したような明領域32と暗領域34の像が形成されることにより、アライメントマーク14全体を顕微鏡で観察すると、明領域32と暗領域34が交互に繰り返された縞模様の像30が観察される。このような像30を利用して、他の基板とのアライメントを行うことができる。なお、本実施形態では、隣り合う凹部16の隣接する傾斜部20により、1つの暗領域34が形成される点に留意されたい。
Since images of the
上記のアライメントマーク付き基板10においては、基板12に形成した線状の凹部16によりアライメントマーク14を構成している。アライメントマーク14が設けられた第1主面12aと反対側の第2主面12bを観察する場合には、アライメントマーク14の凹部16に基板12の材料と略同じ屈折率の物質(例えば屈折率調整剤や接着剤など)を充填する。これにより、凹部16の傾斜部20での反射(フレネル反射)が実質的に無くなる又は大幅に低減されるので、図3に示すような明確な縞模様の像30は観察されず、あたかも基板12にアライメントマーク14が形成されていないかのように、基板12を透過して第2主面12b(例えば第2主面12b上に実装された光学素子等)を良好に観察することができる。このように本実施形態によれば、基板を透過して観察した場合の視認性に優れたアライメントマーク付き基板10を実現できる。
In the
上記のような本実施形態に係るアライメントマーク付き基板10の効果は、アライメントマーク14が実質的に光を吸収しないことに因る。クロム等の金属を用いたアライメントマークの場合、アライメントマークに供される材料自体によって光が吸収されるので、アライメントマークに屈折率調整剤を適用したとしても顕微鏡で観察した場合に明確な縞模様の像が観察され、したがって、基板の裏面側の視認性は低い。
The effects of the alignment mark-equipped
また、クロム等の金属を用いたアライメントマークの場合、耐薬品性の点で使用範囲が限定される可能性がある。例えばクロム(屈折率n=3.18、消衰係数k=4.4)で形成されたアライメントマークを備える基板に、このアライメントマークと位置決めしながら導波路を形成するためにイオン交換処理を行う場合、イオン交換のために基板を硝酸塩化合物と高温で接触させると事前に形成しておいたアライメントマークに供されるクロムが溶解するおそれがある。一方、本実施形態に係るアライメントマーク付き基板10では、アライメントマーク14の形成にクロム等の金属は使用していないので、イオン交換処理において上記のような事態が生じることはない。
Furthermore, in the case of alignment marks using metals such as chromium, the range of use may be limited in terms of chemical resistance. For example, on a substrate equipped with an alignment mark made of chromium (refractive index n = 3.18, extinction coefficient k = 4.4), ion exchange treatment is performed to form a waveguide while aligning with this alignment mark. In this case, if the substrate is brought into contact with a nitrate compound at high temperatures for ion exchange, there is a risk that the chromium provided to the previously formed alignment marks will dissolve. On the other hand, in the
図4は、曲面を含む傾斜部20の形成条件を説明するための図である。図4に示すように、対物レンズOLを備える顕微鏡を用いて、アライメントマークを観察する場合を考える。
FIG. 4 is a diagram for explaining the conditions for forming the
傾斜部20が断面視において曲面を含む場合、対物レンズOLの光軸ALと傾斜部20との交点IPにおける接平面TLと、光軸ALに垂直な平面HLとのなす角度をαとしたとき、αが以下の(1)式を満たすようなスロープを含むように傾斜部20を形成する。
α>θ0/2=0.5×arcsin(NA/n) ・・・(1)
(1)式において、θ0は対物レンズOLの開口角、NAは対物レンズの開口数、nは、対物レンズOLとアライメントマークの間の媒質(通常は空気)の屈折率である。When the
α>θ 0 /2=0.5×arcsin(NA/n)...(1)
In equation (1), θ 0 is the aperture angle of the objective lens OL, NA is the numerical aperture of the objective lens, and n is the refractive index of the medium (usually air) between the objective lens OL and the alignment mark.
(1)式に示すように、αが、対物レンズOLの開口角θ0の1/2より大きい場合、入射光線a(対物レンズOLから照射される照明光のうち、光軸ALと平行であり、光軸ALと傾斜部20との交点IPを通る光線)と反射光線b(入射光線aが交点IPにおいて反射される光線)とのなす角は、対物レンズOLの開口角θ0よりも大きくなる。そのため、反射光線bは対物レンズOLによって実質的に集光されず、顕微鏡による像の形成に寄与しない光線となる。したがって、αが(1)式を満たすように傾斜部20が形成された場合、傾斜部20の(1)式を満たす領域は暗領域として視認される。この場合、平坦部18からの反射光により形成される明領域と合わせて、明確な縞模様の像が形成される。As shown in equation (1), if α is larger than 1/2 of the aperture angle θ 0 of the objective lens OL, then the incident ray a (of the illumination light emitted from the objective lens OL) is parallel to the optical axis AL. The angle formed by the reflected ray b (the ray that passes through the intersection IP of the optical axis AL and the inclined portion 20) and the reflected ray b (the ray from which the incident ray a is reflected at the intersection IP) is smaller than the aperture angle θ 0 of the objective lens OL. growing. Therefore, the reflected light beam b is not substantially focused by the objective lens OL, and becomes a light beam that does not contribute to the formation of an image by the microscope. Therefore, when the
一方、αが(1)式を満たさないように傾斜部20が形成された場合(すなわち、αが対物レンズOLの開口角θ0の1/2以下である場合)、反射光線bが対物レンズOLによって集光されうる範囲内に入るため、傾斜部20は明領域として視認される。この場合、平坦部18からの反射光により形成される明領域との境界が不明瞭となるので、明確な縞模様の像を形成できないおそれがある。On the other hand, if the
本実施形態において、基板12を形成する材料の屈折率が低すぎる(例えば空気と同じ屈折率(n=1.0))場合、平坦部18からの光の反射が十分に得られず、明確な縞模様の像が観察できない。一方、基板12を形成する材料の屈折率が高すぎる場合は、平坦部18からの光の反射が大きくなりすぎて、必然的に基板12の透過率が低くなり、基板12の第2主面12bの視認性が低下する。その結果、他の基板とのアライメントが難しくなるおそれがある。そこで、560nmの波長における基板12を形成する材料の屈折率をnsとしたとき、屈折率nsは、1.2≦ns≦2.7を満たすことが望ましく、1.46≦ns≦2.10を満たすことがより望ましく、1.48≦ns≦1.70を満たすことがさらに望ましい。
In this embodiment, if the refractive index of the material forming the
また、本実施形態において、基板12の吸収が小さい場合、反射による透過率の損失が低減又は極小化されるので、上述したような適切な屈折率を有する物質を充填した際の基板12の第2主面12bの視認性を向上できる。そこで、基板12を形成する材料の560nmの波長における消衰係数をksとしたとき、消衰係数ksは、ks<1を満たすことが望ましく、ks<0.1を満たすことがより望ましい。
Furthermore, in this embodiment, when the absorption of the
また、本実施形態において、凹部16の平坦部18の表面が粗い場合は、平坦部18において照射光が散乱して顕微鏡の対物レンズで充分に集光されず、明確な縞模様の像を観察できなくなるおそれがある。そこで、平坦部18の表面粗さをRaとしたとき、Raは、0.001μm≦Ra≦50μmを満たすことが望ましい。
In addition, in this embodiment, if the surface of the
また、本実施形態において、平坦部18の空気に対する反射率Rsは、560nmの波長において、0.01%≦Rs≦30%を満たし、平坦部18の可視光線透過率は、30%以上であることが望ましい。このような条件を満たすことにより、他の基板とのアライメントにおいて、優れた位置精度を実現できる。
Further, in this embodiment, the reflectance Rs of the
図5は、変形例に係るアライメントマーク付き基板50を示す。このアライメントマーク付き基板50は、稜部21の高さが基板12の第1主面12aと同じになっている点が図2に示すアライメントマーク付き基板10と異なる。本変形例においても、顕微鏡でアライメントマーク14全体を観察したときに明領域と暗領域とが交互に繰り返される縞模様の像を観察できる。
FIG. 5 shows a
図6は、別の変形例に係るアライメントマーク付き基板60を示す。このアライメントマーク付き基板60は、傾斜部20間の稜部21が第1主面12aと平行な平面状となっている点が図2に示すアライメントマーク付き基板10と異なる。このように稜部21を平面状とした場合、稜部21で反射した光は顕微鏡の対物レンズに入射するので、顕微鏡により形成される像において明領域として観察される。本変形例においても、顕微鏡でアライメントマーク14全体を観察したときに明領域と暗領域とが交互に繰り返される縞模様の像を観察できる。
FIG. 6 shows a
図7は、さらに別の変形例に係るアライメントマーク付き基板70を示す。このアライメントマーク付き基板70は、凹部16が断面視において略台形状の凹部(溝)に形成されており、従って傾斜部20が平面となっている点が図2に示すアライメントマーク付き基板10と異なる。本変形例において、隣接する傾斜部20間の稜部21は線状となっている。また本変形例では、稜部21の高さは、基板12の第1主面12aよりも低くなっている。
FIG. 7 shows a
本変形例において、凹部16の平坦部18は、基板12の第1主面12aの法線方向から照射された光を該法線方向に反射する。平坦部18で反射した光は、顕微鏡の対物レンズに入射し、顕微鏡により形成される像30において明領域として観察される。一方、平面とされた傾斜部20は、基板12の第1主面12aの法線方向から照射された光を該法線方向に対して傾斜した方向に反射する。したがって、傾斜部20で反射した光の多くは、顕微鏡の対物レンズに入射しないので、顕微鏡により形成される像30において暗領域として観察される。
In this modification, the
このように傾斜部20を平面とした場合も、明領域と暗領域が交互に繰り返される縞模様の像を顕微鏡で観察できる。なお、本実施形態では、隣り合う凹部16の隣接する傾斜部20により、1つの暗領域が形成される点に留意されたい。
Even when the
図8は、さらに別の変形例に係るアライメントマーク付き基板80を示す。このアライメントマーク付き基板80は、稜部21の高さが基板12の第1主面12aと同じになっている点が図7に示すアライメントマーク付き基板70と異なる。本変形例においても、顕微鏡でアライメントマーク14全体を観察したときに明領域と暗領域とが交互に繰り返される縞模様の像を観察できる。
FIG. 8 shows a
図9は、さらに別の変形例に係るアライメントマーク付き基板90を示す。このアライメントマーク付き基板90は、傾斜部20間の稜部21が第1主面12aと平行な平面状となっている点が図7に示すアライメントマーク付き基板70と異なる。このように稜部21を平面状とした場合、稜部21で反射した光は顕微鏡の対物レンズに入射するので、顕微鏡により形成される像において明領域として観察される。本変形例においても、顕微鏡でアライメントマーク14全体を観察したときに明領域と暗領域とが交互に繰り返される縞模様の像を観察できる。なお、図2、5、6、7、8、および9に示すアライメントマークは、後述する図12、13に示すように、基板112の第1主面112a上に形成されていてもよい。
FIG. 9 shows a
図10は、図7~図9に示すような平面を含む傾斜部20の形成条件を説明するための図である。図10に示すように、対物レンズOLを備える顕微鏡を用いて、アライメントマークを観察する場合を考える。
FIG. 10 is a diagram for explaining the conditions for forming the
傾斜部20が断面視において平面を含む場合、傾斜部20と光軸ALに垂直な平面HLとのなす角度をβとしたとき、βが以下の(2)式を満たすように傾斜部20を形成する。
β>θ0/2=0.5×arcsin(NA/n) ・・・(2)
(2)式において、θ0は対物レンズOLの開口角、NAは対物レンズの開口数、nは、対物レンズOLとアライメントマークの間の媒質(通常は空気)の屈折率である。When the
β>θ 0 /2=0.5×arcsin(NA/n) (2)
In equation (2), θ 0 is the aperture angle of the objective lens OL, NA is the numerical aperture of the objective lens, and n is the refractive index of the medium (usually air) between the objective lens OL and the alignment mark.
(2)式に示すように、βが、対物レンズOLの開口角θ0の1/2より大きい場合、入射光線a(対物レンズOLから照射される照明光のうち、光軸ALと平行であり、光軸ALと傾斜部20との交点IPを通る光線)と反射光線b(入射光線aが交点IPにおいて反射される光線)とのなす角は、対物レンズOLの開口角θ0よりも大きくなる。そのため、反射光線bは対物レンズOLによって実質的に集光されず、顕微鏡による像の形成に寄与しない光線となる。したがって、βが(2)式を満たすように傾斜部20が形成された場合、傾斜部20は暗領域として視認される。この場合、平坦部18からの反射光により形成される明領域と合わせて、明確な縞模様の像が形成される。As shown in equation (2), when β is larger than 1/2 of the aperture angle θ 0 of the objective lens OL, the incident ray a (of the illumination light emitted from the objective lens OL) is parallel to the optical axis AL. The angle formed by the reflected ray b (the ray that passes through the intersection IP of the optical axis AL and the inclined portion 20) and the reflected ray b (the ray from which the incident ray a is reflected at the intersection IP) is smaller than the aperture angle θ 0 of the objective lens OL. growing. Therefore, the reflected light beam b is not substantially focused by the objective lens OL, and becomes a light beam that does not contribute to the formation of an image by the microscope. Therefore, when the
一方、βが(2)式を満たさないように傾斜部20が形成された場合(すなわち、βが対物レンズOLの開口角θ0の1/2以下である場合)、反射光線bが対物レンズOLによって集光されうる範囲内に入るため、傾斜部20は明領域として視認される。この場合、平坦部18からの反射光により形成される明領域との境界が不明瞭となるので、明確な縞模様の像を形成できないおそれがある。なお凹部の傾斜部はその断面において、上述のように曲面や平面のみで構成されてもよく、曲面と平面とが組み合わされて構成されてもよく、異なる複数のβを示す平面から構成されてもよい。アライメントマークを平面視したうえで縞模様の像が得ることで、部品の位置決め等に活用できるものであればよい。On the other hand, if the
図11は、アライメントマーク14のパラメータを説明するための図である。図11に示すように、凹部16の配列ピッチをP、顕微鏡で観察した場合に形成される像30における暗領域34の幅をLb、平坦部18の長さをLw、平坦部18の基板表面(第1主面)からの深さをHe、平坦部18から稜部21までの高さをHrとする。
Pは、0.01μm以上であり、0.1μm以上が望ましく、1μm以上がさらに望ましい。また、Pは1000μm以下であり、500μm以下が望ましい。
Lbは、0.001μm以上であり、0.01μm以上が望ましく、0.1μm以上がさらに望ましい。また、Lbは1000μm以下であり、800μm以下が望ましく、500μm以下がさらに望ましい。
Lwは、0μm以上であり、0.01μm以上が望ましく、0.1μm以上さらに望ましい。またLwは、1000μm以下であり、800μm以下が望ましく、500μm以下がさらに望ましい。
He-Hrは、0μm以上であり、0.01μm以上が望ましく、0.1μm以上がさらに望ましい。またHe-Hrは、1000μm以下であり、800μm以下が望ましく、500μm以下がさらに望ましい。
さらに、Lw+He×2-Pの値は、-10μm以下であり、-5μm以下であることが望ましい。また、Lw+He×2-Pの値は、10μm以下であり、5μm以下であることが望ましい。
なお、これらのパラメータの測定は、後述の測定顕微鏡(OLYMPUS STM7)で測定することができ、1μmまたは0.1μm未満の寸法の測定は、例えば超高精度三次元測定機(パナソニックプロダクションエンジニアリング社製UA-3P)や段差計(Bruker社製Dektak XT)を用いて測定することができる。また、図11の構造は、ウェットエッチングによって形成されてもよい。ウェットエッチングは、等方性ウェットエッチングでも、異方性ウェットエッチングであってもよい。等方性ウェットエッチングの場合については、基板の主面から面内方向と深さ方向のエッチング速度が同じであり、異方性エッチングの場合については、面内方向と深さ方向のエッチング速度が異なる。FIG. 11 is a diagram for explaining parameters of the
P is 0.01 μm or more, preferably 0.1 μm or more, and more preferably 1 μm or more. Moreover, P is 1000 μm or less, preferably 500 μm or less.
Lb is 0.001 μm or more, preferably 0.01 μm or more, and more preferably 0.1 μm or more. Further, Lb is 1000 μm or less, preferably 800 μm or less, and more preferably 500 μm or less.
Lw is 0 μm or more, preferably 0.01 μm or more, and more preferably 0.1 μm or more. Further, Lw is 1000 μm or less, preferably 800 μm or less, and more preferably 500 μm or less.
He-Hr has a thickness of 0 μm or more, preferably 0.01 μm or more, and more preferably 0.1 μm or more. Further, He-Hr has a thickness of 1000 μm or less, preferably 800 μm or less, and more preferably 500 μm or less.
Further, the value of Lw+He×2−P is −10 μm or less, and preferably −5 μm or less. Further, the value of Lw+He×2−P is 10 μm or less, and preferably 5 μm or less.
These parameters can be measured using a measuring microscope (OLYMPUS STM7), which will be described later.Measurements of dimensions smaller than 1 μm or 0.1 μm can be performed using, for example, an ultra-high precision coordinate measuring machine (manufactured by Panasonic Production Engineering Co., Ltd.). UA-3P) or a level difference meter (Dektak XT manufactured by Bruker). Further, the structure of FIG. 11 may be formed by wet etching. Wet etching may be isotropic wet etching or anisotropic wet etching. In the case of isotropic wet etching, the etching rate in the in-plane direction and the depth direction from the main surface of the substrate is the same, and in the case of anisotropic etching, the etching rate in the in-plane direction and the depth direction are the same. different.
上述の実施形態では、基板12の第1主面12aに複数の直線状の凹部16を形成することにより、アライメントマーク14を構成したが、基板12の第1主面12aに複数の直線状の凸部を形成することにより、アライメントマークを構成してもよい。各凸部は、平坦部と、平坦部の両端に形成された傾斜部とを備える。凸部の平坦部は、基板12の主面の法線方向から照射された光を主面の法線方向に反射する。平坦部で反射した光は、顕微鏡の対物レンズに入射し、顕微鏡により形成される像において明領域として観察される。一方、凸部の傾斜部は、基板12の主面の法線方向から照射された光を主面の法線方向に対して傾斜した方向に反射する。したがって、傾斜部で反射した光の多くは、顕微鏡の対物レンズに入射しないので、顕微鏡により形成される像において暗領域として観察される。各凸部により上述したような明領域と暗領域の像が形成されることにより、アライメントマーク全体を顕微鏡で観察すると、明領域と暗領域が交互に繰り返された縞模様の像が観察される。
In the embodiment described above, the
図12は、本発明の別の実施形態に係るアライメントマーク付き基板110の概略断面図である。アライメントマーク付き基板110は、基板112の第1主面112a上にアライメントマーク形成層100を設け、該アライメントマーク形成層100にアライメントマーク114を形成したものである。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a
基板112は、第1主面112aと、第1主面112aとは反対側の第2主面112bとを有する板状体である。第1主面112aと第2主面112bは平行である。基板112を構成する材料としては、可視光に対して透明な材料、例えば、ガラス、無機酸化物、有機無機複合材料、プラスチックなどの有機材料を使用できる。
The
アライメントマーク形成層100は、基板112の第1主面112a上に形成された厚みが数十μm(例えば40μm)の膜である。アライメントマーク形成層100を構成する材料としては、可視光に対して透明な材料、例えば、ガラス、無機酸化物、有機無機複合材料、プラスチックなどの有機材料を使用できる。耐熱性、耐薬品性という観点で望ましい材料としては、オルガノポリシロキサン化合物、シリカ、チタニアなどを例示できる。
The alignment
本実施形態では、アライメントマーク114は、アライメントマーク形成層100に形成されている。アライメントマーク114は、アライメントマーク形成層100の表面に形成された複数の直線状の凸部116を備える。複数の凸部116は、長手方向(延在方向)に垂直な方向に配列されている。複数の凸部116は、例えばゾルゲルナノインプリント法のほか転写法などにより形成することができる。
In this embodiment, the
各凸部116は、平坦部118と、平坦部118の両端に形成された傾斜部120とを備える。平坦部118は、図12に示すように基板112の第1主面112aと平行な面である。傾斜部120は、基板112の第1主面112aに対して傾斜した面であり、本実施形態では、図12に示すように断面視において円弧状の曲面(凸曲面)に形成されている。変形例では、傾斜部120は、第1主面112aに対して傾斜した平面に形成されてもよい。
Each
以上のように構成されたアライメントマーク付き基板110において、凸部116の平坦部118は、基板112の第1主面12aの法線方向から照射された光を該法線方向に反射する。平坦部118で反射した光は、顕微鏡の対物レンズに入射し、顕微鏡により形成される像において明領域として観察される。
In the alignment mark-equipped
一方、凸部116の傾斜部120は、基板112の第1主面12aの法線方向から照射された光を該法線方向に対して傾斜した方向に反射する。したがって、傾斜部120で反射した光の多くは、顕微鏡の対物レンズに入射しないので、顕微鏡により形成される像において暗領域として観察される。
On the other hand, the
各凸部116により上述したような明領域と暗領域の像が形成されることにより、アライメントマーク114全体を顕微鏡で観察すると、明領域と暗領域が交互に繰り返された縞模様の像が観察される。このような像を利用して、他の基板とのアライメントを行うことができる。
Since images of bright areas and dark areas as described above are formed by each
本実施形態においても、アライメントマーク114の表面にアライメントマーク形成層100の材料と略同じ屈折率の物質(例えば屈折率調整剤や接着剤など)を滴下することにより、凸部116の傾斜部120での反射(フレネル反射)が大幅に低減されるので、基板112を透過して第2主面112bを良好に観察することができる。このように本実施形態によっても、基板を透過して観察した場合の視認性に優れたアライメントマーク付き基板110を実現できる。
In this embodiment as well, by dropping a substance (for example, a refractive index adjusting agent, adhesive, etc.) having substantially the same refractive index as the material of the alignment
上述したアライメントマーク付き基板10と同様の理由により、560nmの波長におけるアライメントマーク形成層100を形成する材料の屈折率をnaとしたとき、屈折率naは、1.2≦na≦2.7を満たすことが望ましく、1.46≦na≦2.10を満たすことがより望ましく、1.48≦na≦1.70を満たすことがさらに望ましい。
For the same reason as the
また、アライメントマーク形成層100を形成する材料の560nmの波長における消衰係数をkaとしたとき、消衰係数kaは、ka<1を満たすことが望ましく、ka<0.1を満たすことがより望ましい。
Further, when the extinction coefficient of the material forming the alignment
また、平坦部118の表面粗さをRaとしたとき、Raは、0.001μm≦Ra≦50μmを満たすことが望ましい。
Furthermore, when the surface roughness of the
また、平坦部118の空気に対する反射率Rsは、560nmの波長において、0.01%≦Rs≦30%を満たし、平坦部118の可視光線透過率は、30%以上であることが望ましい。
Further, it is preferable that the reflectance Rs of the
本実施形態において、基板112の第1主面112aからアライメントマーク114の頂部(すなわち平坦部118)までの高さHは、H≦0.5μmであることが望ましい。イオン交換処理により導波路が形成された基板の主面に他の光学部品を貼り合わせて光結合を行う場合、10μm~500μmの凹凸によりギャップが生じ、光結合損失が大きくなるおそれがある。基板112の表面からアライメントマーク114の頂部までの高さを0.5μm未満とすることにより、導波路が形成された基板と光学部品を密着させて組み立てることができるので、光学部品との光結合損失を低減することができる。
In this embodiment, it is desirable that the height H from the first
図13は、本発明のさらに別の実施形態に係るアライメントマーク付き基板130の概略断面図である。本実施形態に係るアライメントマーク付き基板130も、上述のアライメントマーク付き基板110と同様に基板112上にアライメントマーク形成層100を設け、該アライメントマーク形成層100にアライメントマーク131を形成したものである。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a
アライメントマーク131は、アライメントマーク形成層100の表面に形成された複数の直線状の凹部132を備える。複数の凹部132は、凹部132の長手方向(延在方向)に垂直な方向に配列されている。複数の凹部132は、例えばゾルゲルナノインプリント法のほか転写法などにより形成することができる。
The
凹部132の形状は、図8に示したアライメントマーク付き基板80の凹部16と同様であってよい。凹部132は、平坦部133と、平坦部133の両端に形成された傾斜部134とを備える。本実施形態では、傾斜部134は、平面に形成されてもよい。変形例では、傾斜部134は曲面に形成されてもよい。
The shape of the
以上のように構成されたアライメントマーク付き基板130において、凹部132の平坦部133は、基板112の主面の法線方向から照射された光を主面の法線方向に反射する。平坦部133で反射した光は、顕微鏡の対物レンズに入射し、顕微鏡により形成される像において明領域として観察される。
In the
一方、凹部132の傾斜部134は、基板112の主面の法線方向から照射された光を主面の法線方向に対して傾斜した方向に反射する。したがって、傾斜部134で反射した光の一部は、顕微鏡の対物レンズに入射しないので、顕微鏡により形成される像において暗領域として観察される。
On the other hand, the
各凹部132により上述したような明領域と暗領域の像が形成されることにより、アライメントマーク131全体を顕微鏡で観察すると、明領域と暗領域が交互に繰り返された縞模様の像が観察される。このような像を利用して、他の基板とのアライメントを行うことができる。
Since each
本実施形態においても、アライメントマーク131の表面にアライメントマーク形成層100の材料と略同じ屈折率の物質(例えば屈折率調整剤や接着剤など)を滴下することにより、凹部132の傾斜部134での反射(フレネル反射)が大幅に低減されるので、基板112を透過して第2主面112bを良好に観察することができる。このように本実施形態によっても、基板を透過して観察した場合の視認性に優れたアライメントマーク付き基板130を実現できる。
In this embodiment as well, by dropping a substance (for example, a refractive index adjusting agent, adhesive, etc.) having approximately the same refractive index as the material of the alignment
次に、本発明の実施例を説明する。 Next, examples of the present invention will be described.
まず、アライメントマークの評価方法について説明する。アライメントマークの観察は、垂直落射照明装置を有する測定顕微鏡(OLYMPUS、STM7)と光源(OLYMPUS、LG-PS2)を用いて行った。対物レンズは、OLYMPUS製LMPlanFLN 20×/0.4BD(倍率=20)、OLYMPUS製LMPlanFLN 50×/0.5BD(倍率=50)及びOLYMPUS製LMPlanFI 100×/0.80BD(倍率=100)を用いた。 First, a method for evaluating alignment marks will be explained. The alignment mark was observed using a measuring microscope (OLYMPUS, STM7) equipped with a vertical epi-illumination device and a light source (OLYMPUS, LG-PS2). The objective lenses used are OLYMPUS LMPlanFLN 20x/0.4BD (magnification = 20), OLYMPUS LMPlanFLN 50x/0.5BD (magnification = 50), and OLYMPUS LMPlanFI 100x/0.80BD (magnification = 100). there was.
図2、図5、図6に示すアライメントマーク付き基板を作製し、倍率が20の対物レンズを備える顕微鏡でアライメントマークを観察した。アライメントマークの形成には、所定のピッチ(20μm)、開口幅(3μm)を有するスリット状の開口部を有するクロムマスク付ガラス基板(イオン交換用ガラス、屈折率:1.53、消衰係数:<0.1)を用意し、フッ酸系エッチャントでエッチングを行った。エッチング時間を変えて、図2、図5、図6に示す形状を有するアライメントマークを形成した。 Substrates with alignment marks shown in FIGS. 2, 5, and 6 were produced, and the alignment marks were observed using a microscope equipped with an objective lens having a magnification of 20. To form the alignment mark, a glass substrate with a chrome mask (ion exchange glass, refractive index: 1.53, extinction coefficient: <0.1) was prepared and etched with a hydrofluoric acid etchant. Alignment marks having shapes shown in FIGS. 2, 5, and 6 were formed by changing the etching time.
図14(a)は、図2に示す形状を有するアライメントマークの像を示す。図14(b)は、図5に示す形状を有するアライメントマークの像を示す。図14(c)は、図6に示す形状を有するアライメントマークの像を示す。図14(a)~(c)から分かるように、それぞれ明領域および暗領域の幅は異なるものの、明瞭な縞模様の像が観察された。 FIG. 14(a) shows an image of an alignment mark having the shape shown in FIG. FIG. 14(b) shows an image of an alignment mark having the shape shown in FIG. FIG. 14(c) shows an image of an alignment mark having the shape shown in FIG. As can be seen from FIGS. 14(a) to 14(c), although the widths of the bright and dark regions were different, a clear striped image was observed.
以下の表1は、顕微鏡の対物レンズの開口数(NA)と倍率を変えてアライメントマークを観察したときの暗領域の幅(Lb、図11参照)を示す。表1に示すいずれの例においても、アライメントマークの周りの媒質は空気(屈折率=1.0)である。
表1から、平坦部18および傾斜部20を有する凹部16から構成されるアライメントマーク14において、対物レンズの開口数NAを大きくすると、対物レンズの光軸に対して比較的大きな角度で反射される反射光も対物レンズに入射するようになるので、暗領域の幅(Lb)が小さくなることが分かる。すなわち、上記の(1)式において開口角θ0/2の値が大きくなり、より大きな角度αの反射光も明領域として観察されるようになるため、暗領域の幅(Lb)が小さくなる。From Table 1, it can be seen that when the numerical aperture NA of the objective lens is increased in the
図14(c)は、図6に示すように、隣り合う凹部16の間の稜部21に基板12の第1主面12aと平行な平面が形成されたアライメントマークの像である。図14(c)に示すように、平坦部18と稜部21が明領域として観察され、上記の(1)式を満たす傾斜部20が暗領域として観察される。したがって、アライメントマーク14を形成するために用いたマスクのピッチの1/2のピッチを有する縞模様の像が観察される。
FIG. 14(c) is an image of an alignment mark in which a plane parallel to the first
(実施例1)
諸種のピッチ、幅を有するスリット状の開口部を有するクロムマスク付ガラス基板(イオン交換用ガラス、ns=1.53、ks<0.1、線膨張係数:0.55ppm/K)を用意し、フッ酸系エッチャントでエッチングを行い、図2に示す形状を有するアライメントマーク(ns=1.53、ks<0.1)形成した。ここでは、アライメントマークのパラメータ(図11参照)が異なる17個の実施例(実施例1-1~1-17)を作製した。実施例1-1~1-17の各パラメータを以下の表2に示す。
A glass substrate with a chrome mask (ion exchange glass, ns = 1.53, ks < 0.1, linear expansion coefficient: 0.55 ppm/K) having slit-like openings with various pitches and widths was prepared. , etching was performed with a hydrofluoric acid etchant to form alignment marks (ns=1.53, ks<0.1) having the shape shown in FIG. Here, 17 examples (Examples 1-1 to 1-17) with different alignment mark parameters (see FIG. 11) were produced. Each parameter of Examples 1-1 to 1-17 is shown in Table 2 below.
垂直落射照明装置を有する測定顕微鏡(OLYMPUS、STM7、対物レンズ:NA=0.4、倍率20倍)と光源(OLYMPUS、LG-PS2)を用いて、アライメントマークを観察した。その結果、図15に示すような、明領域と暗領域が明瞭に分かれたアライメントマークが観察された。次いで、同様の観察系において、屈折率標準液(n=1.51)をアライメントマーク上に滴下して凹部全体に行き渡るように満たした。その結果、凹部の傾斜部での反射が大幅に低減され、顕微鏡により観察される像において暗領域がなくなった。基板全体を光が透過するようになり、基板の裏面(第2主面)まで見通すことができることを確認した。 The alignment mark was observed using a measuring microscope (OLYMPUS, STM7, objective lens: NA = 0.4, magnification: 20x) having a vertical epi-illumination device and a light source (OLYMPUS, LG-PS2). As a result, alignment marks with clearly separated bright areas and dark areas as shown in FIG. 15 were observed. Next, in the same observation system, a refractive index standard solution (n=1.51) was dropped onto the alignment mark to fill the entire recess. As a result, reflections at the slopes of the recesses were significantly reduced, and there were no dark areas in the images observed with the microscope. It was confirmed that light could now pass through the entire substrate and that it was possible to see through to the back surface (second principal surface) of the substrate.
屈折率と消衰係数は、分光エリプソメータ(HORIBA製、UVISEL2)を用いて測定した。測定光の入射角度は60度、波長は560nmとし、スポット径は、1mm×約2mm(楕円形)であった。 The refractive index and extinction coefficient were measured using a spectroscopic ellipsometer (UVISEL2, manufactured by HORIBA). The incident angle of the measurement light was 60 degrees, the wavelength was 560 nm, and the spot diameter was 1 mm x about 2 mm (ellipse).
(比較例1)
ここで、実施例1の比較例について説明する。フッ酸系エッチャントでエッチングする前のニッケルマスク付ガラス基板を光学顕微鏡で観察したところ、ニッケルマスクの領域は暗く、開口部の領域は明るく観察された。ニッケルマスク部分の透過率はゼロであった。この状態で、屈折率標準液(n=1.8)をアライメントマーク上に滴下しても、ニッケルマスクの領域の透過率はゼロで、アライメントマークの外観は暗いままであり、基板の裏面(第2主面)は観察できなかった。(Comparative example 1)
Here, a comparative example of Example 1 will be explained. When a glass substrate with a nickel mask was observed under an optical microscope before being etched with a hydrofluoric acid etchant, the nickel mask area was observed to be dark and the opening area to be observed to be bright. The transmittance of the nickel mask portion was zero. In this state, even if a refractive index standard solution (n=1.8) is dropped onto the alignment mark, the transmittance in the nickel mask area is zero, the appearance of the alignment mark remains dark, and the back side of the substrate ( The second principal surface) could not be observed.
(実施例2)
実施例2では、転写法によるアライメントマークの形成について説明する。実施例2は、図13に示すアライメントマーク付き基板130に対応する。ここでは、オルガノポリシロキサン溶液を基板上に硬化させてアライメントマーク形成層とし、該アライメントマーク形成層にアライメントマークを形成した。(Example 2)
In Example 2, formation of alignment marks by a transfer method will be described. Example 2 corresponds to a
まず、オルガノポリシロキサン溶液の調製について説明する。フェニルトリエトキシシラン0.1モルとジメチルジエトキシシラン0.15モルをビーカーに入れ攪拌した。この液にエタノール0.25モルを加え攪拌し、水1.75モル(31.5g)に蟻酸を0.1重量%になるように溶解した水溶液を、さらにこれに加え、2時間攪拌した。攪拌初期には液は2層に分離したが、2時間攪拌すると透明均質な溶液となった。この溶液をオーブン内にて80℃で12時間、加熱したところ、エタノール、蟻酸水溶液および重縮合反応で生じた水などが揮発した。その結果、当初約91.2gの重量および約100cm3の体積を有していた溶液はその重量および体積は約30%に減少して重量が約27g、体積約30cm3になっていた。こうして得られた液を「転写用液組成物A」とする。First, preparation of the organopolysiloxane solution will be explained. 0.1 mol of phenyltriethoxysilane and 0.15 mol of dimethyldiethoxysilane were placed in a beaker and stirred. To this liquid, 0.25 mol of ethanol was added and stirred, and an aqueous solution of formic acid dissolved in 1.75 mol (31.5 g) of water to a concentration of 0.1% by weight was further added thereto and stirred for 2 hours. At the beginning of stirring, the liquid separated into two layers, but after stirring for 2 hours, it became a transparent homogeneous solution. When this solution was heated in an oven at 80° C. for 12 hours, ethanol, formic acid aqueous solution, water produced in the polycondensation reaction, etc. were volatilized. As a result, the solution, which originally had a weight of about 91.2 g and a volume of about 100 cm 3 , had its weight and volume reduced by about 30% to a weight of about 27 g and a volume of about 30 cm 3 . The liquid thus obtained is referred to as "transfer liquid composition A."
次に、転写法によるアライメントマークの形成について説明する。成形用の型として、図8に示すアライメントマークの形状に対応する型を用意した。また、厚み1.0mmで25mm角の板状のソーダライムガラスを基板(ガラス基板)として用意した(屈折率:ns=1.52、ks<0.1、線膨張率:10ppm/K)。このガラス基板を超音波アルカリ洗浄、純水洗浄して乾燥させた。 Next, formation of alignment marks by the transfer method will be explained. A mold corresponding to the shape of the alignment mark shown in FIG. 8 was prepared as a mold for molding. In addition, a soda lime glass plate having a thickness of 1.0 mm and a size of 25 mm square was prepared as a substrate (glass substrate) (refractive index: ns=1.52, ks<0.1, coefficient of linear expansion: 10 ppm/K). This glass substrate was subjected to ultrasonic alkali cleaning, pure water cleaning, and drying.
上記の基板、成形型および転写用液組成物Aを用いて、アライメントマークが形成されない部分の膜厚が約40μmとなるように、「基材注ぎ法」を用いてアライメントマークを形成した。「基材注ぎ法」とは、硬化性の組成物を含む液を、基板表面に直接に注いで加熱し、その塗膜が可塑性を持った状態(これに限られるものではないが、液の粘度は104~108ポイズになった状態)で、成形用型を押圧して、さらにその状態で加熱し、転写完了後(液が硬化もしくは液の流動がない状態)に成形型を離型し、最終加熱により硬化せしめる(ポストキュアする)方法である。ここでは、転写用液組成物Aを上記ガラス基板に塗布後、160℃程度に加熱して可塑性を維持した状態であることを確認して、上記成形型によって押圧した。押圧の時の圧力は2kg/cm2であり、加熱温度は160℃から20分で180℃まで昇温しそのまま40分間保持した。その後成形型を離型した後に、350℃、15分間の加熱を行い、オルガノポリシロキサン膜からなるアライメントマークが形成されたガラス基板を得た。Using the above-mentioned substrate, mold, and transfer liquid composition A, alignment marks were formed using the "base material pouring method" so that the film thickness of the portion where no alignment marks were formed was about 40 μm. "Substrate pouring method" is a method in which a liquid containing a curable composition is poured directly onto the substrate surface and heated, resulting in a state in which the coating film has plasticity (including, but not limited to, The mold is pressed at a viscosity of 10 4 to 10 8 poise, heated in that state, and released after the transfer is completed (the liquid has hardened or there is no flow). This is a method of molding and curing by final heating (post-curing). Here, after coating the transfer liquid composition A on the glass substrate, it was heated to about 160° C., and after confirming that the plasticity was maintained, it was pressed with the mold. The pressure during pressing was 2 kg/cm 2 , and the heating temperature was raised from 160° C. to 180° C. in 20 minutes and held at that temperature for 40 minutes. Thereafter, the mold was released, and then heated at 350° C. for 15 minutes to obtain a glass substrate on which alignment marks made of an organopolysiloxane film were formed.
以上のようにして作製したオルガノポリシロキサン膜は透明であり、膜厚は約40μmであった。膜中にはメチル基およびフェニル基がそれぞれ18重量%および31重量%含まれる。また膜中には、シロキサン全体のうちジメチルシロキサンが60モル%およびフェニルシロキサンが40モル%含有されていた。また、アライメントマーク形成層(オルガノポリシロキサン膜)の屈折率naは1.51であり、消衰係数kaは0.1未満であった。 The organopolysiloxane film produced as described above was transparent and had a thickness of about 40 μm. The membrane contains 18% by weight and 31% by weight of methyl groups and phenyl groups, respectively. Furthermore, the film contained 60 mol% of dimethylsiloxane and 40 mol% of phenylsiloxane out of the total siloxane. Further, the alignment mark forming layer (organopolysiloxane film) had a refractive index na of 1.51 and an extinction coefficient ka of less than 0.1.
本実施例2のアライメントマークの凹部の形状は、図13に示す形状に略等しく、断面状の高低差(P-V値)は、10点の測定により平均で20.2μm、標準偏差が0.05μmであった。傾斜部の傾斜角β(図10参照)は54.7°であった。このように形成されたアライメントマークを光学顕微鏡で観察したところ、明領域と暗領域の明瞭な縞模様の像が確認できた。さらに、屈折率標準液(n=1.50)をアライメントマーク上に滴下して、傾斜部での界面反射を低減させることにより、基板全体を光が透過するようになり、基板の裏面(第2主面)まで見通すことができることを確認した。 The shape of the concave portion of the alignment mark in Example 2 is approximately the same as the shape shown in FIG. It was .05 μm. The slope angle β (see FIG. 10) of the slope portion was 54.7°. When the alignment mark thus formed was observed with an optical microscope, a clear striped image of bright and dark areas was confirmed. Furthermore, by dropping a refractive index standard solution (n = 1.50) onto the alignment mark to reduce interface reflection at the slope, light can pass through the entire substrate, and the back surface of the substrate (the It was confirmed that it was possible to see through to the 2 main surfaces.
(実施例3)
実施例3でも、転写法によるアライメントマークの形成について説明する。実施例3は、図12に示すアライメントマーク付き基板110に対応する。ここでは、ゾルゲル法によって形成されたシリカ層をアライメントマーク形成層とし、該アライメントマーク形成層にアライメントマークを形成した。(Example 3)
In Example 3 as well, formation of alignment marks by the transfer method will be explained. Example 3 corresponds to a
まず、シリコンテトラエトキシド0.05モルを秤量し、これにモル比で5倍のエタノールと6倍の水(1wt%のHClを含む)を加え、室温で30分間撹拌した。この溶液に体積で2倍のエタノールを加えて希釈し、さらに平均分子量600のポリエチレングリコール(PEG)を、最終生成物であるSiO2に対する重量比で(PEG)/(SiO2)=0.1加え均一に溶かしたものを「転写用液組成物B」とした。First, 0.05 mol of silicon tetraethoxide was weighed, and to this were added 5 times the molar ratio of ethanol and 6 times the molar ratio of water (containing 1 wt% HCl), and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes. This solution was diluted by adding twice the volume of ethanol, and then polyethylene glycol (PEG) with an average molecular weight of 600 was added at a weight ratio of (PEG)/(SiO 2 )=0.1 to the final product SiO 2 . The mixture was added and dissolved uniformly, and this was designated as "transfer liquid composition B."
次に、成形用の型として、図12に示すアライメントマークの形状に対応する型を用意した。また、厚み1.0mmで25mm角の板状のイオン交換が可能なボロシリケートガラスを基板(ガラス基板)として用意した(屈折率ns=1.53、ks<0.1、線膨張率:10ppm/K)。このガラス基板を超音波アルカリ洗浄、純水洗浄して乾燥させた。スピンコート法により、転写用液組成物Bをガラス基板の一方の主面上に塗布し、厚さが0.3μmのアライメントマーク形成層を形成した。次いでこのガラス基板を、減圧が可能な閉鎖された空間内で押圧が可能なプレス装置のステージ上に置き、アライメントマーク成形用の型を、ガラス基板のアライメントマーク形成層上に設置した。 Next, a mold corresponding to the shape of the alignment mark shown in FIG. 12 was prepared as a molding mold. In addition, a 25 mm square plate-shaped borosilicate glass capable of ion exchange with a thickness of 1.0 mm was prepared as a substrate (glass substrate) (refractive index ns = 1.53, ks < 0.1, linear expansion coefficient: 10 ppm). /K). This glass substrate was subjected to ultrasonic alkali cleaning, pure water cleaning, and drying. Transfer liquid composition B was applied onto one main surface of the glass substrate by a spin coating method to form an alignment mark forming layer having a thickness of 0.3 μm. Next, this glass substrate was placed on the stage of a press device capable of pressing in a closed space capable of reducing pressure, and a mold for forming alignment marks was placed on the alignment mark forming layer of the glass substrate.
次いで、プレス装置の基板は設置された空間を約1×10-5Torrまで減圧した後、プレス圧力50kgf/cm2で押圧し、そのままの状態で100℃、10分の熱処理を行い、アライメントマーク形成層を硬化させた。その後、大気圧に戻し、離型を行った。離型後のアライメントマーク付基板を大気中でクリーンオーブンを用いて350℃で15分間の焼成を行った。このポストキュアにより、アライメントマーク形成層はエタノール及び水分等が蒸発して、厚みが約0.2μmのガラス性の非晶質膜となっていた。当該膜はシリカを主な成分として含むものと考えられる。Next, after reducing the pressure in the space in which the press equipment was installed to approximately 1 x 10 -5 Torr, the substrate of the press equipment was pressed with a press pressure of 50 kgf/cm 2 , and then heat treated at 100°C for 10 minutes in that state to form alignment marks. The cambium was cured. Thereafter, the pressure was returned to atmospheric pressure and the mold was released. After the mold release, the substrate with the alignment mark was baked in the air at 350° C. for 15 minutes using a clean oven. As a result of this post-curing, ethanol, moisture, etc. in the alignment mark forming layer were evaporated, and the alignment mark forming layer became a glassy amorphous film with a thickness of about 0.2 μm. It is thought that the film contains silica as a main component.
上記操作により作製されたガラス基板上のアライメントマークの断面をSEMで観察したところ、図12に示す形状を含むアライメントマークが形成されていた。凸部のピッチP:1μm、シリカ層の厚み:0.25μm、凸部の最頂部までの高さ:0.18μm、暗領域の幅Lb:0.5μm、平坦部の長さLw:0.5μmであった。また、アライメントマーク形成層(シリカ層)の屈折率はna=1.46、消衰係数ka<0.1であった。また、アライメントマーク形成層の可視光線反射率(片面)は、約4%であった。 When the cross section of the alignment mark on the glass substrate produced by the above operation was observed by SEM, an alignment mark having the shape shown in FIG. 12 was formed. Convex pitch P: 1 μm, silica layer thickness: 0.25 μm, height to top of convex portion: 0.18 μm, dark area width Lb: 0.5 μm, flat portion length Lw: 0. It was 5 μm. Moreover, the refractive index of the alignment mark forming layer (silica layer) was na=1.46, and the extinction coefficient ka<0.1. Further, the visible light reflectance (one side) of the alignment mark forming layer was about 4%.
可視光線反射率は、次のように求めた。アライメントマークが形成されたガラス基板のアライメントマークが形成されていない部位について、波長380~780nmの範囲における分光反射率を計測した。分光反射率は分光光度計(日立ハイテクノロジー社製 製品名:U-4000)を用いて、反射角が12°の配置によって測定した。次に得られた分光反射率に基づいて、JIS R3106(1998)に従って、可視光線反射率を算出した。 The visible light reflectance was determined as follows. Spectral reflectance in the wavelength range of 380 to 780 nm was measured for a portion of the glass substrate on which an alignment mark was formed, where no alignment mark was formed. The spectral reflectance was measured using a spectrophotometer (product name: U-4000, manufactured by Hitachi High-Technology) at a reflection angle of 12°. Next, based on the obtained spectral reflectance, visible light reflectance was calculated according to JIS R3106 (1998).
このようにアライメントマークが形成されたガラス基板を光学顕微鏡で観察したところ、明領域と暗領域の縞模様の像が明確に確認できた。屈折率標準液(n=1.48)をアライメントマーク上に滴下して、傾斜部での界面反射を低減させることにより、基板全体を光が透過するようになり、基板の裏面(第2主面)まで見通すことができることを確認した。 When the glass substrate on which alignment marks were formed in this manner was observed under an optical microscope, a striped pattern of bright and dark areas could be clearly seen. By dropping a refractive index standard solution (n = 1.48) onto the alignment mark and reducing interface reflection at the inclined part, light is transmitted through the entire substrate, and the back surface of the substrate (second main It was confirmed that it was possible to see through the area.
また、上記実施例3と同様の方法で、図13に示す形状のアライメントマークを有するガラス基板を得た。このようにアライメントマークが形成されたガラス基板を光学顕微鏡で観察したところ、明領域と暗領域の縞模様の像が明確に確認できた。屈折率標準液(n=1.48)をアライメントマーク上に滴下して、傾斜部での界面反射を低減させることにより、基板全体を光が透過するようになり、基板の裏面(第2主面)まで見通すことができることを確認した。 Further, a glass substrate having an alignment mark having the shape shown in FIG. 13 was obtained in the same manner as in Example 3 above. When the glass substrate on which alignment marks were formed in this manner was observed under an optical microscope, a striped pattern of bright and dark areas could be clearly seen. By dropping a refractive index standard solution (n = 1.48) onto the alignment mark and reducing interface reflection at the inclined part, light is transmitted through the entire substrate, and the back surface of the substrate (second main It was confirmed that it was possible to see through the area.
(実施例4)
実施例4では、アライメントマーク形成層としてシリコンテトラエトキシドに代えてチタン(ジ-i-プロポキシド)ビス(アセチルアセトナート)(75% in isopropanol)を用いた点以外は実施例3と同様にして、図12で表される凸部形状を含むアライメントマークが形成されたガラス基板を作製した。(Example 4)
Example 4 was the same as Example 3 except that titanium (di-i-propoxide) bis(acetylacetonate) (75% in isopropanol) was used instead of silicon tetraethoxide as the alignment mark forming layer. A glass substrate on which an alignment mark including a convex shape shown in FIG. 12 was formed was manufactured.
実施例4のアライメントマーク形成層は、チタニアを主な成分として含むものと考えられる。凸部のピッチP:1μm、チタニア層の厚み:0.20μm、凸部の最頂部までの高さ:0.15μm、暗領域の幅Lb:0.5μm、平坦部の長さLw:0.5μmであった。また、アライメントマーク形成層(チタニア層)の屈折率はna=2.10、消衰係数ka<0.1であった。アライメントマーク形成層の可視光線反射率(片面)は約12%であった。 It is thought that the alignment mark forming layer of Example 4 contains titania as a main component. Convex pitch P: 1 μm, titania layer thickness: 0.20 μm, height to top of convex portion: 0.15 μm, dark area width Lb: 0.5 μm, flat portion length Lw: 0. It was 5 μm. Moreover, the refractive index of the alignment mark forming layer (titania layer) was na=2.10, and the extinction coefficient ka<0.1. The visible light reflectance (one side) of the alignment mark forming layer was about 12%.
このようにアライメントマークが形成されたガラス基板を光学顕微鏡で観察したところ、明領域と暗領域の縞模様の像が明確に確認できた。屈折率標準液(n=1.68)をアライメントマーク上に滴下して、傾斜部での界面反射を低減させることにより、基板全体を光が透過するようになり、基板の裏面(第2主面)まで見通すことができることを確認した。 When the glass substrate on which alignment marks were formed in this manner was observed under an optical microscope, a striped pattern of bright and dark areas could be clearly seen. By dropping a refractive index standard solution (n = 1.68) onto the alignment mark to reduce interface reflection at the slope, light can pass through the entire substrate, and the back surface of the substrate (second main It was confirmed that it was possible to see through the area.
(実施例5)
本実施例5では、アライメントマーク付きガラス基板にイオン交換処理を行ってガラス基板内に他の部位より高い屈折率を与え、光導波路を形成した。ここでは、光導波路と、ガラス基板との屈折率差を0.0074(光導波路を構成する部位の屈折率が他の部位の屈折率より高い)に設定した。(Example 5)
In Example 5, an optical waveguide was formed by performing ion exchange treatment on the glass substrate with alignment marks to give the glass substrate a higher refractive index than other parts. Here, the difference in refractive index between the optical waveguide and the glass substrate was set to 0.0074 (the refractive index of the portion constituting the optical waveguide is higher than the refractive index of other portions).
まず、一価のアルカリ金属成分としてNaを含む多成分ガラス基板に、所定の光導波路パターンを形成した。このパターニングは、スパッタリングによって成膜したTi膜を、アンモニア加水(アンモニア水と過酸化水素水の混合液)でリフトオフ法で加工する周知の方法で行った。 First, a predetermined optical waveguide pattern was formed on a multicomponent glass substrate containing Na as a monovalent alkali metal component. This patterning was performed by a well-known method in which a Ti film formed by sputtering is processed by a lift-off method using aqueous ammonia (a mixture of aqueous ammonia and hydrogen peroxide).
次に、一段階目のイオン交換処理では、硝酸銀を含む溶融塩中に上記ガラス基板を浸漬させることによって、ガラス基板表面のNaイオンをAgイオンに交換した。これによってガラス基板表面に所定の光導波路パターンを形成した。 Next, in the first stage of ion exchange treatment, the glass substrate was immersed in a molten salt containing silver nitrate to exchange Na ions on the surface of the glass substrate with Ag ions. As a result, a predetermined optical waveguide pattern was formed on the surface of the glass substrate.
二段階目のイオン交換処理では、一段階目のイオン交換処理を施したガラス基板を第2の溶融塩中に浸漬し、ガラス基板の厚さ方向に電界を印加した。これにより、一段階目のイオン交換によって形成された光導波路がガラス基板中に移動し、埋込型の光導波路が形成された。このような二段階イオン交換法によって導波路をアライメント付基板上に作製した後でも、アライメントマークは、導波路形成前と同じ形状を保っていた。可視光線反射率(片面)は、約12%であった。光学顕微鏡で観察したところ、明領域と暗領域の縞模様の像が明確に確認できた。屈折率標準液(n=1.51)をアライメントマーク上に滴下して、傾斜部での界面反射を低減させることにより、基板全体を光が透過するようになり、基板の裏面(第2主面)まで見通すことができることを確認した。また、導波路の波長に対する挿入損失を測定した。導波路の波長特性(波長1.48μmと1.58μmの挿入損失差)は0.34dBであった。 In the second stage ion exchange treatment, the glass substrate subjected to the first stage ion exchange treatment was immersed in the second molten salt, and an electric field was applied in the thickness direction of the glass substrate. As a result, the optical waveguide formed by the first stage of ion exchange was moved into the glass substrate, forming an embedded optical waveguide. Even after the waveguide was fabricated on the alignment substrate by such a two-step ion exchange method, the alignment mark maintained the same shape as before the waveguide was formed. The visible light reflectance (one side) was about 12%. When observed with an optical microscope, a striped pattern of bright and dark areas could be clearly seen. By dropping a refractive index standard solution (n = 1.51) onto the alignment mark and reducing interface reflection at the inclined part, light is transmitted through the entire substrate, and the back surface of the substrate (second main It was confirmed that it was possible to see through the area. We also measured the insertion loss of the waveguide with respect to wavelength. The wavelength characteristic of the waveguide (the difference in insertion loss between wavelengths of 1.48 μm and 1.58 μm) was 0.34 dB.
(実施例6)
本実施例6では、硝酸銀に代えて硝酸タリウムを用い、ナトリウムイオン及びカリウムイオンを有するガラスを用いた点以外は実施例5と同様にして、埋込型の光導波路を形成した。(Example 6)
In Example 6, a buried optical waveguide was formed in the same manner as in Example 5 except that thallium nitrate was used instead of silver nitrate and glass containing sodium ions and potassium ions was used.
硝酸タリウムを用いて2段階イオン交換法によって導波路をアライメントマーク付き基板上に作製した後でも、アライメントマークは、導波路形成前と同じ形状を保っていた。また、波長に対する挿入損失を測定した。導波路の波長特性(波長1.48μmと1.58μmの挿入損失差)は0.32dBであった。
また、イオン交換法によるガラス内部に光導波路を形成する方法は、例えば特開平06-3555号公報や特開昭63-206709号公報記載の技術などを用いることができる。Even after a waveguide was fabricated on a substrate with alignment marks by a two-step ion exchange method using thallium nitrate, the alignment marks maintained the same shape as before the waveguide was formed. In addition, insertion loss with respect to wavelength was measured. The wavelength characteristic of the waveguide (the difference in insertion loss between wavelengths of 1.48 μm and 1.58 μm) was 0.32 dB.
Further, as a method for forming an optical waveguide inside the glass by an ion exchange method, the techniques described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 06-3555 and Japanese Patent Laid-Open No. 63-206709 can be used.
(比較例2)
実施例5における導波路形成イオン交換工程のためのマスクのTi膜(アライメントマーク部)については、イオン交換後もパターン形状を保っていた。Ti膜のパターンを光学顕微鏡で観察したところ、明領域と暗領域の縞模様が明確に確認できたが、Tiマスク部分の透過率はゼロであった。この状態で、屈折率標準液(n=1.8)をアライメントマーク上に滴下しても、Ti膜の領域の透過率はゼロで、アライメントマークの外観は暗いままであり、基板の裏面(第2主面)は観察できなかった。(Comparative example 2)
The Ti film (alignment mark portion) of the mask for the waveguide forming ion exchange step in Example 5 maintained its pattern shape even after ion exchange. When the pattern of the Ti film was observed with an optical microscope, a striped pattern of bright areas and dark areas was clearly confirmed, but the transmittance of the Ti mask portion was zero. In this state, even if a refractive index standard solution (n=1.8) is dropped onto the alignment mark, the transmittance in the Ti film region is zero, the appearance of the alignment mark remains dark, and the back surface of the substrate ( The second principal surface) could not be observed.
アライメントマークをクロム膜で形成したアライメントマーク付き基板を用いて導波路を形成した場合については、実施例5と同様の条件の第1のイオン交換処理中に、クロムが溶解して、アライメントマークの構造は認められなかった。また、実施例6と同様の条件の第1のイオン交換処理中にもクロムが溶解して、アライメントマークの構造は認められなかった。 In the case where a waveguide is formed using a substrate with an alignment mark in which the alignment mark is formed of a chromium film, the chromium is dissolved during the first ion exchange treatment under the same conditions as in Example 5, and the alignment mark is No structure was observed. Furthermore, chromium was dissolved during the first ion exchange treatment under the same conditions as in Example 6, and no alignment mark structure was observed.
(実施例7)
本実施例7では、アライメントマーク付きガラス基板とシリコン基板のアライメントについて説明する。内部に光導波路が形成されたガラス光導波路基板と、主面上に光導波路が形成されたシリコン(Si)光導波路基板とを積層し、光導波路同士を結合した光導波路デバイスを作製した。なお本明細書では、アライメントマークを用いた場合のアライメントの方法を説明するものであり、その対象は実施例7に係るガラス光導波路基板とシリコン光導波路基板とのアライメントと組立、さらには後述の実施例8に係るマイクロレンズアレイ基板と面発光レーザアレイ基板とのアライメントと組立に限定されるものではない。(Example 7)
In Example 7, alignment between a glass substrate with alignment marks and a silicon substrate will be described. An optical waveguide device was fabricated by laminating a glass optical waveguide substrate with an optical waveguide formed inside and a silicon (Si) optical waveguide substrate with an optical waveguide formed on the main surface, and coupling the optical waveguides to each other. In this specification, an alignment method using an alignment mark is explained, and the subject matter is the alignment and assembly of a glass optical waveguide substrate and a silicon optical waveguide substrate according to Example 7, and furthermore, the method described below. The present invention is not limited to the alignment and assembly of the microlens array substrate and the surface emitting laser array substrate according to the eighth embodiment.
シリコン光導波路基板は、その基板上に例えば光電変換素子などの能動素子や受動素子を形成しやすいので、それらの光を導いたりするうえで、シリコン基板に直接形成された導波路との組合せがしやすいという利点がある。しかしながら、シリコン製の光導波は、その屈折率が高いために、モードフィールド径が小さくなる傾向にある。 Silicon optical waveguide substrates make it easy to form active and passive elements such as photoelectric conversion elements on the substrate, so in order to guide the light, it is recommended to combine them with waveguides formed directly on the silicon substrate. It has the advantage of being easy to do. However, silicon optical waveguides tend to have a small mode field diameter because of their high refractive index.
他方、ある程度の距離の伝送を担うライトガイドとしては光ファイバやガラス光導波路が適しているが、多くは石英や多成分ガラスなどから形成されており、モードフィールド径が比較的大きい。したがって、シリコン製の光導波路からガラス製の光導波路への光学的な結合を好適に行うことのできる光導波路デバイスを提供することが望ましい。 On the other hand, optical fibers and glass optical waveguides are suitable as light guides responsible for transmission over a certain distance, but most of them are made of quartz or multi-component glass and have a relatively large mode field diameter. Therefore, it is desirable to provide an optical waveguide device that can suitably perform optical coupling from a silicon optical waveguide to a glass optical waveguide.
図16(a)~(d)は、ガラス光導波路基板160を示す図である。図16(a)は、ガラス光導波路基板160の概略左側面図である。図16(b)は、ガラス光導波路基板160の概略平面図である。図16(c)は、ガラス光導波路基板160の概略右側面図である。図16(d)は、ガラス光導波路基板160の概略正面図である。このガラス光導波路基板160は、屈折率ns=1.54、消衰係数ks<0.1である。
FIGS. 16(a) to 16(d) are diagrams showing a glass
ガラス光導波路基板160は、ガラス基板161と、ガラス基板161の内部に形成された4つの光導波路162と、ガラス基板161の第2主面161bに形成された4つのアライメントマーク163a~163dとを備える。以下、4つのアライメントマーク163a~163dを総称する場合は、「アライメントマーク163」とする。
The glass
ガラス基板161は、外形が2mm×5mmであり、厚みが0.2mmである。光導波路162は、ガラス基板161の第1主面161aに近接して、かつ第1主面161aに平行に設けられている。光導波路162のモードフィールド径は、5~15μmであり、モードフィールドの中心から最も近接したガラス基板161の第1主面161aまでの距離は5μmである。光導波路162は、上述の二段階イオン交換法によりガラス基板161内に作製した。
The
本実施例7では、アライメントマーク163の凹部の形状を図5に示す形状とした。アライメントマーク163は、第1のスケールを有する。すなわち、アライメントマーク163の外形寸法は0.05mm×0.25mmであり、凹部の配列ピッチP1=1μm、像における暗領域の幅Lb1=0.2μmである。
In Example 7, the shape of the concave portion of the
4個のアライメントマーク163は、図16(b)に示すように、四角形の4個の角に配置されている。アライメントマーク163は、光導波路162と厳密に位置合わせがなされている。2個のアライメントマーク163aおよび163dは、四角形の対向する角(左上と右下)に配置されている。アライメントマーク163aおよび163dは、光導波路162の長手方向に垂直な方向に、凹部の長手方向が一致するように設けられている。残りの2個のアライメントマーク163bおよび163cは、四角形の別の対向する角(右上と左下)に配置されている。アライメントマーク163bおよび163cは、光導波路162の長手方向に平行な方向に、凹部の長手方向が一致するように設けられている。
The four
図17(a)~(d)は、シリコン光導波路基板170を示す図である。図17(a)は、シリコン光導波路基板170の概略左側面図である。図17(b)は、シリコン光導波路基板170の概略平面図である。図17(c)は、シリコン光導波路基板170の概略右側面図である。図17(d)は、シリコン光導波路基板170の概略正面図である。
17(a) to (d) are diagrams showing a silicon
シリコン光導波路基板170は、シリコン(Si)基板171と、シリコン基板171の一方の主面上に設けられた酸化シリコン(SiO2)層174と、酸化シリコン層174上に形成された光導波路172と、シリコン基板171上に形成された4つのアライメントマーク173a~173dとを備える。以下、4つのアライメントマーク173a~173dを総称する場合は、「アライメントマーク173」とする。The silicon
シリコン基板171は、外形が2mm×10mmであり、厚みが0.1mm/0.3mmである。光導波路172は、シリコン(Si)から成る。光導波路172の断面は略四角形であり、光の伝搬する方向と光導波路172の長手方向とが同じである。光導波路172は、幅が0.5μmであり高さが0.3μmである。シリコン光導波路基板170は、ここで説明した細線導波路のほか、リブ型導波路やMOS型導波路を備える光導波路基板であってもよい。
The
図17(d)に示すように、シリコン基板171の一部には、酸化シリコン層174が設けられた部分よりも低い段差部175が設けられている。そして、この段差部175に4個のアライメントマーク173が設けられている。
As shown in FIG. 17D, a portion of the
アライメントマーク173の凹部の形状も、アライメントマーク163と同様に、図5に示す形状とした。アライメントマーク173は、アライメントマーク163の第1のスケールとは異なる第2のスケールを有する。すなわち、アライメントマーク173の外形寸法は0.05mm×0.25mmであり、凹部の配列ピッチP2=0.9μm、像における暗領域の幅Lb2=0.2μmである。
The shape of the concave portion of the
4個のアライメントマーク173の位置および溝部の方向は、積層を予定しているガラス光導波路基板160に設けられたアライメントマーク163と対応するように決められている。4個のアライメントマーク173は、図17(b)に示すように、四角形の4個の角に配置されている。アライメントマーク173は光導波路172と厳密に位置合わせがなされている。2個のアライメントマーク173aおよび173dは、四角形の対向する角(左上と右下)に配置されている。アライメントマーク173aおよび173dは、光導波路172の長手方向に垂直な方向に、凹部の長手方向が一致するように設けられている。残りの2個のアライメントマーク173bおよび173cは、四角形の別の対向する角(右上と左下)に配置されている。アライメントマーク173bおよび173cは、光導波路172の長手方向に平行な方向に、凹部の長手方向が一致するように設けられている。
The positions of the four
上述したように、本実施例7に係るガラス光導波路基板160およびシリコン光導波路基板170はそれぞれ、基板に形成された導波路の長手方向に対して垂直な方向に凹部の長手方向が一致するアライメントマークと、基板に形成された導波路の長手方向に対して平行な方向に凹部の長手方向が一致するアライメントマークとを備えている。これにより、2次元平面内でのアライメント精度の向上を図ることができる。
As described above, the glass
図18(a)および(b)は、アライメントマークを垂直落射照明装置を有する顕微鏡で観察した場合に形成される概略的な像を示す。図18(a)は、ガラス光導波路基板160のアライメントマーク163の概略的な像を示す。図18(b)は、シリコン光導波路基板170のアライメントマーク173の概略的な像を示す。ガラス光導波路基板160とシリコン光導波路基板170を積層して光導波路デバイスを作製する際には、図18(a)に示すアライメントマーク163の像と図18(b)に示すアライメントマーク173の像とが横に並ぶように両者の位置を調整する。なお、逆の組み合わせのパターンで、ガラス光導波路基板160のアライメントマーク163が図18(b)、シリコン光導波路基板170のアライメントマーク173が図18(a)に示したものだとしても差支えない。
FIGS. 18(a) and 18(b) show schematic images formed when the alignment mark is observed with a microscope having a vertical epi-illumination device. FIG. 18A shows a schematic image of the
本実施例7では、上述したように、ガラス光導波路基板160のアライメントマーク163における凹部の配列ピッチP1は1μmであり、シリコン光導波路基板170のアライメントマーク173における凹部の配列ピッチP2は0.9μmである。すなわち、ガラス光導波路基板160のアライメントマーク163のピッチP1と、シリコン光導波路基板170のアライメントマーク173のピッチP2は異なっている(P1≠P2)。このようにピッチP1とP2に0.1μmの差を持たせることにより、ノギス(キャリパー)における目盛読取作法と同じように、0.1μmの精度で位置決め又は固定すべき位置の同定が可能である。別の実施例では、P1=1μm且つP2=0.95μmとしてもよい。この場合、0.05μmの精度で位置決め又は固定すべき位置の同定が可能である。
In the seventh embodiment, as described above, the arrangement pitch P1 of the recesses in the
ガラス光導波路基板160のアライメントマーク163の像における暗領域の幅Lb1と、シリコン光導波路基板170のアライメントマーク173の像における暗領域の幅Lb2は、アライメントマーク観察時及び目盛合わせの作業の簡便性から、略等しいほうが好ましい。
The width Lb1 of the dark area in the image of the
上記のように、本実施例7では、P1≠P2としたが、例えばアライメント精度がそれほど必要とされない場合には、P1=P2を満たすアライメントマークをガラス光導波路基板160とシリコン光導波路基板170に形成してもよい。この場合、アライメントマークを形成するための型を同一にできるため、コスト的に有利である。
As described above, in the seventh embodiment, P1≠P2, but for example, if alignment accuracy is not required so much, alignment marks satisfying P1=P2 may be set on the glass
ガラス光導波路基板160とシリコン光導波路基板170とを積層して光導波路デバイスを作製する際には、光導波路同士の相対的な位置関係を厳密に調整する必要がある。光導波路同士がずれていると、光学損失が増大し、品質が低下するからである。各光導波路基板において、光導波路と、アライメントマークとの位置関係が厳密に規定されているとすると、導波路の直接的な視覚情報や光学損失をモニタリングしながら調整するよりも、視覚で認識しながらアライメントマーク同士を調整するほうが効率的である。光導波路とアライメントマークとの位置関係は、サブミクロンかそれ未満の精度に達する半導体技術における(フォト)リソグラフィ技術などを駆使することにより、満足する精度が得られる。
When producing an optical waveguide device by laminating the glass
図19(a)および(b)は、ガラス光導波路基板160とシリコン光導波路基板170とを積層した状態を示す。図19(a)は概略平面図であり、図19(b)は概略正面図である。図19(a)および(b)に示すように、ガラス光導波路基板160とシリコン光導波路基板170は、シリコン光導波路基板170の段差部175上にガラス光導波路基板160が位置するように積層される。このとき、ガラス光導波路基板160の光導波路162の端面とシリコン光導波路基板170の光導波路172の端面とを正確に対向させ、光導波路162と光導波路172を光学的に結合する必要がある。
FIGS. 19A and 19B show a state in which a glass
ガラス光導波路基板160とシリコン光導波路基板170との位置合わせは、それぞれの基板に設けられたアライメントマークを顕微鏡で拡大しながら観察し、対応するアライメントマーク同士が横に並ぶようにそれらの相対位置や傾きを調整する。予め各光導波路基板における光導波路とアライメントマークとは高精度でその相対的な位置関係を有しているので、相互のアライメントマーク同士を位置決めすることにより、相互の光導波路の位置関係の調整をすることができる。
To align the glass
図20(a)および(b)は、ガラス光導波路基板160とシリコン光導波路基板170とを接着した状態を示す。位置調整が完了したガラス光導波路基板160とシリコン光導波路基板170との間に、接着剤190(n=1.53、k<0.1)を流し込み、アライメントマーク163、173を含む部分で硬化させた。接着剤としては、光硬化型や熱硬化型などを例示できるが、これらに限定されない。
FIGS. 20A and 20B show a state in which a glass
所定の屈折率を有する接着剤190が、アライメントマーク163、173の凹部に接着剤190が充填されることにより、凹部の傾斜部での反射が実質的に無くなる又は大幅に低減されるので、ガラス光導波路基板160の第1主面161a側から顕微鏡で観察した場合、明確な縞模様が見えなくなり、あたかもガラス光導波路基板160、シリコン光導波路基板170にアライメントマークなどなかったように、素通しでシリコン光導波路基板170を観察できる(図20(a)では、顕微鏡で観察した状態を示すために、アライメントマーク163、173の図示を省略している)。
By filling the recesses of the alignment marks 163 and 173 with the adhesive 190 having a predetermined refractive index, reflections at the slopes of the recesses are substantially eliminated or significantly reduced. When observed with a microscope from the first
(実施例8)
本実施例8では、アライメントマーク付きマイクロレンズアレイ基板と面発光レーザアレイ基板とのアライメントについて説明する。(Example 8)
In Example 8, alignment between a microlens array substrate with alignment marks and a surface emitting laser array substrate will be described.
図21(a)~(c)は、マイクロレンズアレイ基板210を示す図である。図21(a)は、マイクロレンズアレイ基板210の概略平面図である。図21(b)は、マイクロレンズアレイ基板210の概略正面図である。
FIGS. 21(a) to 21(c) are diagrams showing the
マイクロレンズアレイ基板210はガラスから成る。マイクロレンズアレイ基板210の外形は0.5mm×2.2mmであり、厚みは0.2mmである。図示のように、マイクロレンズアレイ基板210の一方の主面(第1主面210a)には、軸対称の8個のマイクロレンズ212が一列に形成されている。マイクロレンズ212の焦点距離は0.2mmであり、有効径は200μmである。また、8個のマイクロレンズ212の配列ピッチは250μmである。マイクロレンズ212は、イオン交換等によりガラス内部に周辺より高い屈折率を有する領域を作り出すことで形成されてもよいし、ガラス基板上に前述の「基材注ぎ法」で形成されてもよいし、あるいはレンズ形成層を形成したうえで転写法により形成されてもよい。
The
マイクロレンズアレイ基板210には、所定の位置に4個のアライメントマーク214a~214dが直接に形成されている。以下、4つのアライメントマーク214a~214dを総称する場合は、「アライメントマーク214」とする。アライメントマーク214は、8個のマイクロレンズ212と厳密に位置合わせがなされている。
Four
本実施例8では、アライメントマーク214の凹部の形状を図5に示す形状とした。アライメントマーク214は、第1のスケールを有する。すなわち、アライメントマーク214の外形寸法は0.5mm×0.25mmであり、凹部の配列ピッチP1=1μm、像における暗領域の幅Lb1=0.2μmである。 In Example 8, the shape of the recessed portion of the alignment mark 214 was set to the shape shown in FIG. Alignment mark 214 has a first scale. That is, the outer dimensions of the alignment mark 214 are 0.5 mm x 0.25 mm, the arrangement pitch P1 of the recesses is 1 μm, and the width Lb1 of the dark area in the image is 0.2 μm.
図22(a)および(b)は、アライメントマーク付き面発光レーザアレイ基板220を示す図である。図22(a)は、面発光レーザアレイ基板220の概略平面図である。図22(b)は、面発光レーザアレイ基板220の概略正面図である。
FIGS. 22A and 22B are diagrams showing a surface emitting
面発光レーザアレイ基板220はシリコンなどの半導体材料から成る。面発光レーザアレイ基板220の外形は0.7mm×2.5mmであり、厚みは0.2mmである。図示のように、面発光レーザアレイ基板220の一方の主面(第1主面220a)には、第1主面220aの法線と略平行な方向に光軸を有する8個の面発光レーザ222が一列に配置されている。8個の面発光レーザ222は、積層が予定されている上述のマイクロレンズアレイ基板210における8個のマイクロレンズ212と対応する位置に配置される。面発光レーザ222はアレイ状に構成しやすく、他の光学部品と積層が比較的容易である。例えば上述のようなマイクロレンズアレイと一体化することにより、効率よく光ファイバなどの他の伝送部品との光学的結合を行うことができる。なお簡単のために面発光レーザアレイ基板220上の電気回路や配線等の記載を省略している。
The surface emitting
面発光レーザアレイ基板220には、所定の位置に4個のアライメントマーク224a~224dが直接に形成されている。以下、4つのアライメントマーク224a~224dを総称する場合は、「アライメントマーク224」とする。アライメントマーク224は、8個の面発光レーザ222と厳密に位置合わせがなされている。
Four
アライメントマーク224の凹部の形状も、アライメントマーク214と同様に、図5に示す形状とした。アライメントマーク224は、アライメントマーク214の第1のスケールとは異なる第2のスケールを有する。すなわち、アライメントマーク224の外形寸法は0.05mm×0.25mmであり、凹部の配列ピッチP2=0.9μm、像における暗領域の幅Lb2=0.2μmである。 The shape of the recessed portion of the alignment mark 224 was also the shape shown in FIG. 5, similarly to the alignment mark 214. Alignment mark 224 has a second scale that is different from the first scale of alignment mark 214. That is, the outer dimensions of the alignment mark 224 are 0.05 mm x 0.25 mm, the arrangement pitch P2 of the recesses is 0.9 μm, and the width Lb2 of the dark area in the image is 0.2 μm.
図23(a)~(c)は、マイクロレンズアレイ基板210と面発光レーザアレイ基板220とを積層した状態を示す。図23(a)は概略平面図であり、図23(b)は概略正面図であり、図23(c)は概略右側面図である。
23(a) to (c) show a state in which a
マイクロレンズアレイ基板210と面発光レーザアレイ基板220は、マイクロレンズアレイ基板210に配置された各マイクロレンズ212の光軸と、面発光レーザアレイ基板220に配置された各面発光レーザ222の光軸とが一致するように位置合わせされる。この位置合わせの際に、アライメントマーク214、224が利用される。すなわち、上記の実施例7と同様に、図23(a)に示すように、対応するアライメントマーク214および224が横に並ぶように、マイクロレンズアレイ基板210と面発光レーザアレイ基板220の相対位置や傾きが調整される。
The
図24(a)および(b)は、マイクロレンズアレイ基板210と面発光レーザアレイ基板220とを接着した状態を示す。位置調整が完了したマイクロレンズアレイ基板210と面発光レーザアレイ基板220との間に、接着剤230(n=1.53、k<0.1)を流し込み、アライメントマーク163、173を含む部分で硬化させ、光モジュールを作製した。なお、本実施例8では、マイクロレンズアレイ基板210の下面に長尺凹部215が形成されている。この長尺凹部215は、8個のマイクロレンズ212の下方の領域にわたって延在している。マイクロレンズアレイ基板210にこのような長尺凹部215を設けることにより、マイクロレンズアレイ基板210と面発光レーザアレイ基板220を積層した際に、スペース216が形成されるので、面発光レーザ222とマイクロレンズ212との間に接着剤230が侵入するのを防止できる。
FIGS. 24A and 24B show a state in which the
図25(a)~(f)は、本発明の実施形態に係るアライメントマーク付きマイクロレンズ基板の6面図である。図25(a)は、アライメントマーク付きマイクロレンズ基板の背面図である。図25(b)は、アライメントマーク付きマイクロレンズ基板の平面図である。図25(c)は、アライメントマーク付きマイクロレンズ基板の正面図である。図25(d)は、アライメントマーク付きマイクロレンズ基板の底面図である。図25(e)は、アライメントマーク付きマイクロレンズ基板の左側面図である。図25(f)は、アライメントマーク付きマイクロレンズ基板の右側面図である。 FIGS. 25A to 25F are six views of a microlens substrate with alignment marks according to an embodiment of the present invention. FIG. 25(a) is a rear view of the microlens substrate with alignment marks. FIG. 25(b) is a plan view of the microlens substrate with alignment marks. FIG. 25(c) is a front view of the microlens substrate with alignment marks. FIG. 25(d) is a bottom view of the microlens substrate with alignment marks. FIG. 25(e) is a left side view of the microlens substrate with alignment marks. FIG. 25(f) is a right side view of the microlens substrate with alignment marks.
図26は、マイクロレンズ基板のアライメントマーク部分(A-B部分)の拡大平面図である。図27は、図26に示すアライメントマーク部分のC-C断面図である。図28は、マイクロレンズ基板のアライメントマーク部分(A-B部分)の拡大斜視図である。 FIG. 26 is an enlarged plan view of the alignment mark portion (AB portion) of the microlens substrate. FIG. 27 is a cross-sectional view taken along the line CC of the alignment mark portion shown in FIG. 26. FIG. 28 is an enlarged perspective view of the alignment mark portion (AB portion) of the microlens substrate.
図29は、マイクロレンズ基板のアライメントマーク部分(A-B部分)の第1変形例の拡大平面図である。図30は、図29に示すアライメントマーク部分のC-C断面図である。図31は、マイクロレンズ基板のアライメントマーク部分(A-B部分)の第1変形例の拡大斜視図である。 FIG. 29 is an enlarged plan view of a first modification of the alignment mark portion (AB portion) of the microlens substrate. FIG. 30 is a cross-sectional view taken along the line CC of the alignment mark portion shown in FIG. 29. FIG. 31 is an enlarged perspective view of a first modification of the alignment mark portion (AB portion) of the microlens substrate.
図32は、マイクロレンズ基板のアライメントマーク部分(A-B部分)の第2変形例の拡大平面図である。図33は、図32に示すアライメントマーク部分のC-C断面図である。図34は、マイクロレンズ基板のアライメントマーク部分(A-B部分)の第2変形例の拡大斜視図である。 FIG. 32 is an enlarged plan view of a second modification of the alignment mark portion (AB portion) of the microlens substrate. FIG. 33 is a cross-sectional view taken along the line CC of the alignment mark portion shown in FIG. 32. FIG. 34 is an enlarged perspective view of a second modification of the alignment mark portion (AB portion) of the microlens substrate.
図35は、マイクロレンズ基板のアライメントマーク部分(A-B部分)の第3変形例の拡大平面図である。図36は、図35に示すアライメントマーク部分のC-C断面図である。図37は、マイクロレンズ基板のアライメントマーク部分(A-B部分)の第3変形例の拡大斜視図である。 FIG. 35 is an enlarged plan view of a third modification of the alignment mark portion (AB portion) of the microlens substrate. FIG. 36 is a cross-sectional view taken along the line CC of the alignment mark portion shown in FIG. 35. FIG. 37 is an enlarged perspective view of a third modification of the alignment mark portion (AB portion) of the microlens substrate.
図38は、マイクロレンズ基板のアライメントマーク部分(A-B部分)の第4変形例の拡大平面図である。図39は、図38に示すアライメントマーク部分のC-C断面図である。図40は、マイクロレンズ基板のアライメントマーク部分(A-B部分)の第4変形例の拡大斜視図である。 FIG. 38 is an enlarged plan view of a fourth modification of the alignment mark portion (AB portion) of the microlens substrate. FIG. 39 is a CC sectional view of the alignment mark portion shown in FIG. 38. FIG. 40 is an enlarged perspective view of a fourth modification of the alignment mark portion (AB portion) of the microlens substrate.
図41(a)~(f)は、本発明の実施形態に係るアライメントマーク付き光導波路基板の6面図である。図41(a)は、アライメントマーク付き光導波路基板の背面図である。図41(b)は、アライメントマーク付き光導波路基板の平面図である。図41(c)は、アライメントマーク付き光導波路基板の正面図である。図41(d)は、アライメントマーク付き光導波路基板の底面図である。図41(e)は、アライメントマーク付き光導波路基板の左側面図である。図41(f)は、アライメントマーク付き光導波路基板の右側面図である。この光導波路基板において、アライメントマーク部分(A-B部分)の形状は、図26~図40に示すアライメントマーク部分と同様であってよい。 FIGS. 41(a) to 41(f) are six views of the optical waveguide substrate with alignment marks according to the embodiment of the present invention. FIG. 41(a) is a rear view of the optical waveguide substrate with alignment marks. FIG. 41(b) is a plan view of the optical waveguide substrate with alignment marks. FIG. 41(c) is a front view of the optical waveguide substrate with alignment marks. FIG. 41(d) is a bottom view of the optical waveguide substrate with alignment marks. FIG. 41(e) is a left side view of the optical waveguide substrate with alignment marks. FIG. 41(f) is a right side view of the optical waveguide substrate with alignment marks. In this optical waveguide substrate, the alignment mark portion (AB portion) may have the same shape as the alignment mark portion shown in FIGS. 26 to 40.
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present invention has been described above based on the embodiments. Those skilled in the art will understand that this embodiment is merely an example, and that various modifications can be made to the combinations of the constituent elements and processing processes, and that such modifications are also within the scope of the present invention. be.
本発明は、光学素子の位置合わせに利用できる。 The present invention can be used for positioning optical elements.
10,50,60,70,80,90,110,130 アライメントマーク付き基板、 12,112 基板、 14,114,131 アライメントマーク、 16,132 凹部、 18,118,133 平坦部、 20,120,134 傾斜部、 21 稜部、 30 像、 32 明領域、 34 暗領域、 100 アライメントマーク形成層、 116 凸部、 160 ガラス光導波路基板、 161 ガラス基板、 162,172 光導波路、 163,173,214,224 アライメントマーク、 170 シリコン光導波路基板、 171 シリコン基板、 174 酸化シリコン層、 175 段差部、 190,230 接着剤、 210 マイクロレンズアレイ基板、 212 マイクロレンズ、 215 長尺凹部、 216 スペース、 220 面発光レーザアレイ基板、 222 面発光レーザ。 10,50,60,70,80,90,110,130 Substrate with alignment mark, 12,112 Substrate, 14,114,131 Alignment mark, 16,132 Concave portion, 18,118,133 Flat portion, 20,120, 134 slope part, 21 ridge part, 30 image, 32 bright area, 34 dark area, 100 alignment mark forming layer, 116 convex part, 160 glass optical waveguide substrate, 161 glass substrate, 162, 172 optical waveguide, 163, 173, 214 , 224 alignment mark, 170 silicon optical waveguide substrate, 171 silicon substrate, 174 silicon oxide layer, 175 stepped portion, 190, 230 adhesive, 210 microlens array substrate, 212 microlens, 215 elongated recess, 216 space, 220 surface Light emitting laser array substrate, 222 surface emitting laser.
Claims (8)
前記基板の主面に形成されたアライメントマークと、
を備えるアライメントマーク付き基板であって、
前記アライメントマークは、複数の線状の凹部または凸部を有し、
前記凹部または凸部は、
前記主面と平行な平坦部と、
前記主面に対して傾斜した傾斜部と、
を備え、
前記基板は、第1主面と、前記第1主面と対向する第2主面と、を有し、
前記第1主面に配列ピッチがPの複数の前記アライメントマークが形成され、
前記アライメントマークの断面において、前記アライメントマークの前記平坦部の長さをLw、前記第1主面と前記アライメントマークの前記平坦部との厚さ方向の長さをHeとしたとき、
|Lw+He×2―P|≦10[μm]であることを特徴とするアライメントマーク付き基板。 A substrate and
an alignment mark formed on the main surface of the substrate;
A substrate with an alignment mark, comprising:
The alignment mark has a plurality of linear recesses or protrusions,
The concave portion or convex portion is
a flat portion parallel to the main surface;
an inclined part inclined with respect to the main surface;
Equipped with
The substrate has a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface,
A plurality of the alignment marks having an arrangement pitch of P are formed on the first main surface,
In the cross section of the alignment mark, when Lw is the length of the flat part of the alignment mark, and He is the length in the thickness direction between the first main surface and the flat part of the alignment mark,
A substrate with an alignment mark, characterized in that |Lw+He×2−P|≦10 [μm] .
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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