光学素子が搭載された光導波路基板及びその製造方法
【課題】光軸のずれが抑制された高精密な光導波路基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】光学素子と、該光学素子に光学的に接続された光導波路３と、を備える光導波路基板を作製する方法において、エッチング可能な基板４と、該基板の一方の面に設けられたエッチングストップ部材２と、を有する複合基板を準備し、上記エッチング可能な基板上に、所望のパターンを有するマスクを形成する。その後、上記エッチング可能な基板に異方性エッチングを施して上記エッチングストップ部材まで上記基板を腐食させ、所望の幅となった時点でエッチングを停止して、当該基板に溝部３を形成し、上記溝部内に光伝播部５を形成する。
【解決手段】光学素子と、該光学素子に光学的に接続された光導波路３と、を備える光導波路基板を作製する方法において、エッチング可能な基板４と、該基板の一方の面に設けられたエッチングストップ部材２と、を有する複合基板を準備し、上記エッチング可能な基板上に、所望のパターンを有するマスクを形成する。その後、上記エッチング可能な基板に異方性エッチングを施して上記エッチングストップ部材まで上記基板を腐食させ、所望の幅となった時点でエッチングを停止して、当該基板に溝部３を形成し、上記溝部内に光伝播部５を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子若しくは受光素子等の光学素子が搭載された光導波路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子・受光素子が搭載される光導波路基板において、面発光素子を用いたチップの低背化が主流となってきており、光軸の変換に高精度なミラー面の形成が要求されている。
【０００３】
一般的にこのようなミラー面には、従来ではアルカリ系水溶液によるシリコン（Ｓｉ）の異方性エッチングが用いられてきたが、形成される面が５４．７°（｛１１１｝面）であり、高効率な光軸変換が困難であった。
【０００４】
そこで、アルカリ系水溶液にさらに添加剤を加えることで、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）にアルコール、あるいはテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）に界面活性剤を加えることで、４５°のミラー面（｛１１０｝面）を形成する手段が講じられてきた。
【０００５】
しかしながら、｛１１０｝面は添加剤の濃度分布や攪拌具合の影響を受けやすく、エッチング溝の底平面を形成する｛１００｝面のエッチングレートに対し、｛１１０｝面のエッチングレートが安定しないことが実験的に確認されている（例えば、図４参照）。
【０００６】
エッチング溝内に光を伝播する部位を形成する方法として、感光性の光学ポリマーをフォトリソグラフィによって光導波路を形成する方法や、ファイバを溝部に配置して固定する方法があるが、｛１００｝面によって決まる深さ寸法にばらつきがあると、前者の場合は導波路の変形が、後者の場合はファイバのｚ方向の位置ずれが発生し、特性の低下を招く。
【０００７】
一方、｛１１０｝面の位置精度は、ｘ−ｙ平面上におけるミラーの位置に影響を与えるため重要な管理項目となる。つまり、図５Ａのような光導波路基板では、図５Ｂに示すように｛１００｝面３１で決まる深さ寸法と、｛１１０｝面３２で決まる開口寸法の双方を管理する必要があり、｛１００｝面３１と｛１１０｝面３２のエッチングレート比のばらつきが高精度なデバイス作製の障害となっている。このため、光軸のずれが発生し高精度な光導波路基板を作製することができないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−０７２０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、光軸のずれが抑制された高精密な光導波路基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本願第１発明に係る光導波路基板の作製方法は、光学素子と、該光学素子に光学的に接続された光導波路と、を備える光導波路基板を作製する方法であって、エッチング可能な基板と、該基板の一方の面に設けられたエッチングストップ部材と、を有する複合基板を準備する工程と、上記エッチング可能な基板上に、所望のパターンを有するマスクを形成する工程と、上記エッチング可能な基板に異方性エッチングを施して上記エッチングストップ部材まで上記基板を腐食させ、所望の幅となった時点でエッチングを停止して、当該基板に溝部を形成する工程と、上記溝部内に光伝播部を形成する工程と、を備えることを特徴とする。ここで、溝部はエッチングストップ部材に達するまでは、エッチング可能な基板（シリコン基板）４の深さ方向（図１Ａのｚ方向）及び横方向（図１Ａのｘ方向及びｙ方向）に進行するが、溝部がエッチングストップ層に達すると、横方向しかエッチングが進行しない。すなわち、「上記エッチング可能な基板に異方性エッチングを施して上記エッチングストップ部材まで上記基板を腐食させ、所望の幅となった時点でエッチングを停止して、当該基板に溝部を形成する」とは、エッチング可能な基板に異方性エッチングを施してエッチングストップ部材に達するまでは深さ方向及び横方向に腐食させ、エッチングストップ部材に達した後は所望の幅となるまで横方向のみ腐食させ、所望の幅になった時点でエッチングを停止することをいう。
【００１１】
また、本願第２発明に係る光導波路基板は、エッチングストップ部材と、上記エッチングストップ部材上に形成され、上記エッチングストップ部材まで達する溝部を有する基板と、上記溝部内に形成された光伝播部と、上記基板上に設けられ、上記光伝播部と光学的に接続された光学素子と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本願発明によれば、エッチングストップ部材上の基板の厚みでエッチング深さが決まるので、溝部の開口幅の管理を行うだけで精度の良い加工形状を得ることができる。
したがって、本願発明によれば、光軸のずれが抑制された高精密な光導波路基板及び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】
【００１３】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る光導波路基板を部分的に示した斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示された光導波路基板のＡ−Ａ断面における断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る光導波路基板の別の態様を示している。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の工程図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の工程図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の工程図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の工程図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の工程図である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の工程図である。
【図３Ｇ】図３Ｇは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の工程図である。
【図３Ｈ】図３Ｈは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の工程図である。
【図３Ｉ】図３Ｉは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の工程図である。
【図３Ｊ】図３Ｊは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の工程図である。
【図３Ｋ】図３Ｋは、本発明の第３の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の工程図である。
【図３Ｌ】図３Ｌは、本発明の第３の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の工程図である。
【図３Ｍ】図３Ｍは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の別の態様に係る工程図である。
【図３Ｎ】図３Ｎは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の別の態様に係る工程図である。
【図４】図４は、｛１００｝面と｛１１０｝面とのエッチングレート比を示したグラフである。
【図５Ａ】図５Ａは、従来の光導波路基板の斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａの光導波路基板の溝部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
［第１の実施の形態］
図１Ａ、１Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る光導波路基板１を概略的に示したものである。図１Ａ、１Ｂに示すように、本発明の第１の実施の形態に係る光導波路基板１は、エッチングストップ部材（エッチングストップ層２及び支持基板６からなる部材）と、エッチングストップ部材上に形成され、エッチングストップ部材まで達する溝部３を有するシリコン基板４と、溝部３に形成された光伝播部（具体的には光導波路又は光ファイバ）５と、を備える。エッチングストップ部材としてエッチング機能を備える基板（具体的にはガラス基板等）を用いれば、当該基板はストップエッチング層としての機能と支持基板としての機能を兼ねるため単一の部材とすることができる。
【００１６】
エッチングストップ層２は、光導波路基板１に対するエッチングを停止させる機能を有する。そのため、エッチングストップ層２は、シリコン基板４をエッチングするエッチャントによって腐食されない物質であれば如何なるものでもよく、例えば、窒化珪素、酸化珪素等により構成することができる。エッチングストップ層２が窒化珪素からなる場合、窒化珪素は特に耐アルカリ性が強いため、深さ方向における精密加工が良好となる。また、エッチングストップ層２が酸化珪素からなる場合、酸化珪素は屈折率が低いのでエッチングストップ層２を光導波路５の下部クラッドとしてそのまま用いることができる。そのため、コアからの光の漏れを良好に抑制することができ、光学特性に優れた光導波路基板とすることができる。
【００１７】
また、エッチングストップ層２を金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属により構成してもよい。これらの金属ではスパッタ等によりエッチングストップ層２を容易に形成することができる。したがって、支持基板に形成された金属膜とシリコン基板に形成された金属膜とを接触した状態で熱圧着等により接合して複合基板７を作製できる。
【００１８】
光伝播部として光導波路５を形成した場合、光導波路５は、エポキシ系感光性樹脂、又はアクリル系感光性樹脂から構成されることが好ましい。光導波路５は、図１Ｂに示すように、その上面が、光導波路基板１の上面と一致するように形成することが好ましい。光導波路５の上面が光導波路基板１の上面より突出している場合、光導波路５に上方向から圧力が加わりこれにより光導波路５が変形する可能性がある。しかしながら、光導波路５の上面が光導波路基板１の上面と一致するように形成することにより、光導波路５の上面に押圧力が掛かることはなく光導波路５の変形が抑えられ光学特性の低下を抑制することができる。
【００１９】
光導波路５の長手方向に直交する光導波路断面における高さは、使用する光学素子の受発光面の大きさに対応させて適宜設定することができるが、２０μｍ〜２００μｍであることが好ましい。さらに好ましくは３５〜４５μｍであり、最も好ましくは約４０μｍである。
【００２０】
また、当該断面における幅についても、２０μｍ〜２００μｍであることが好ましい。さらに好ましくは３５μｍ〜４５μｍであり、最も好ましくは約４０μｍである。
【００２１】
また、溝部３は、その長手方向に対し直交する断面において図１Ｂに示すような逆台形状を有する。溝部３の開口側の幅長は、光導波路の高さや幅長等により最適値が変わるが、｛１１０｝面の｛１００｝面に対する傾きが約４５°であるので、溝部の幅長の最小値は、導波路の幅長＋溝深さ×２となる。また、溝部の幅長の最大値は、上記最小値に１００μｍを加えた程度に設定することが好ましい。溝部３の深さは、２０μｍ〜２００μｍであることが好ましく、さらに好ましくは３５〜４５μｍであり、最も好ましくは約４０μｍである。上述したように溝部３の深さは、光導波路５の高さと一致させることが肝要である。
【００２２】
また、溝部３の端部には、４５°傾斜された端面の上に金属膜が形成されることによりミラー面１７が形成されている。これにより、光の反射率を高めることができる。ミラー面１７の上部には、例えば、受光素子又は発光素子等の光学素子が設けられ、発光素子の場合は、これから真下に発光された光をミラー面１７で反射させて光導波路５を介して外部に放出する。一方、受光素子の場合は、光導波路５に入射された光をミラー面１７で反射させて当該光を受光素子で受け取る。
【００２３】
また、図２に示すように、光伝播部として光ファイバ５を用いこれを溝部３に固定してもよい。光ファイバ５としては如何なるものを使用しても良く、石英ファイバ、プラスチックファイバ、ＰＣＦ等が挙げられる。光ファイバ５は、図２に示すように、その最上部が、光導波路基板の上面と一致するように配置することが好ましい。これにより、光ファイバ５のｚ方向の位置ずれを抑制し、上記同様、光学特性の低下を抑制することができる。
【００２４】
第１の実施の形態に係る光導波路基板１によれば、当該光導波路基板１はエッチングストップ層２を有するため、光導波路基板１に形成される溝部３の高さのバラツキが少なく精度良く調整されたものとすることができる。そのため、第１の実施の形態に係る光導波路基板１では、光導波路５の光軸を精度良く調整することができ、光損失を抑制することができる。エッチングストップ層２として屈折率が低いものを用いればエッチングストップ層２を光伝播部（光導波路）５の下部クラッドとしてそのまま用いることができるため、光の漏れを良好に抑制することができ、光学特性に優れた光導波路基板１とすることができる。
【００２５】
［第２の実施の形態］
図３Ａ〜３Ｌは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の工程図を示している。図３Ａに示すように、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法では、支持基板６の上にエッチングストップ層２を形成しエッチングストップ層２の上にさらにシリコン基板４を形成して複合基板７を作製する（工程１）。そして、図３Ｂに示すように、シリコン基板４の表面に所定のパターンを有する第１マスク８を形成する（工程２）。その後、図３Ｃに示すように、シリコン基板４に異方性エッチングを施して上記エッチングストップ層２までシリコン基板４を腐食させ、さらに所望の幅となるまでエッチングを継続する。これにより、所望の深さ及び幅の溝部がシリコン基板４に形成される（工程３）。その後、図３Ｄに示すように、マスク層を除去し（工程４）、図３Ｅに示すように溝部３の表面９及びシリコン基板４の表面１０に絶縁膜１１を形成した後（工程５）、図３Ｆ〜３Ｉに示すように、溝部３内に光伝播部５を形成する（工程６）。第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法では、光伝播部として光導波路５を形成する。具体的には、溝部３内に光伝播部５を形成するため、図３Ｆに示すように溝部３内に感光性樹脂１２を充填し（工程６−１）、図３Ｇに示すように感光性樹脂１２およびシリコン基板４を平板でプレスし、感光性樹脂面を平坦化し、かつシリコン基板４の上面を面出しし（工程６−２）、図３Ｈに示すように、第２のマスク１３を施した状態で感光性樹脂１２に所定の波長の光を照射して、感光性樹脂１２を光硬化させる（工程６−３）。その後、図３Ｉに示すように未硬化の樹脂を除去し（工程６−４）、さらには、図３Ｊに示すように、未硬化の樹脂を除去した部分にクラッドとなる層を形成する（工程６−５）。
以下各工程について工程図を用いながら説明する。
【００２６】
１．複合基板作製工程（工程１）
まず、図３Ａに示すように、支持基板６の上にエッチングストップ層２を形成してエッチングストップ部材を作製する。支持基板６としては、その面にエッチングストップ層２を形成可能であれば如何なるものを用いても良く、具体的には、シリコン基板等が挙げられる。エッチングストップ部材としてエッチング機能を備える基板（具体的にはガラス基板等）を用いれば、当該基板はストップエッチング層としての機能と支持基板としての機能を兼ねるため単一の部材とすることができる。
【００２７】
エッチングストップ層２の膜厚は、０．２μｍ〜５．０μｍであることが好ましい。エッチャントによるエッチングストップ層２への腐食を考慮すると、エッチングストップ層２にピンホールが発生しないように、当該膜厚は０．２μｍ以上であることが好ましい。また、製造コストや応力の発生を考慮すると、５．０μｍ以下であることが好ましい。
【００２８】
エッチングストップ層２は、エッチャントに対して腐食されない物質であれば如何なるものでもよく、例えば、窒化珪素、酸化珪素等により構成することができる。エッチングストップ層２が窒化珪素からなる場合、窒化珪素は特に耐アルカリ性が強いため、深さ方向における精密加工が良好となる。また、エッチングストップ層２が酸化珪素からなる場合、酸化珪素は屈折率が低いのでエッチングストップ層２を導波路の下部クラッドとしてそのまま用いることができる。また、エッチングストップ層２を金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属により構成してもよく、これらの金属ではスパッタ等によりエッチングストップ層２を容易に形成することができる。
【００２９】
支持基板６へのエッチングストップ層２の形成方法としては、エッチングストップ層２として酸化物、具体的には酸化珪素を用いる場合は、例えば、熱酸化、火炎堆積法、化学気相堆積法、ゾル−ゲル法等を用いることができる。エッチングストップ層２として窒化物、具体的には窒化珪素を用いる場合は、支持基板６へのエッチングストップ層２の形成方法としては、プラズマ窒化法、ガス窒化法等を用いることができる。さらに、エッチングストップ層２として、金属膜、具体的には金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）等を用いる場合は、支持基板６へのエッチングストップ層２の形成方法としては、スパッタ法、蒸着、火炎堆積法、化学気相堆積法等を用いることができる。
【００３０】
つづいて、エッチングストップ部材（エッチングストップ層２及び支持基板６）の上にシリコン基板４を形成し、複合基板７とする。
【００３１】
支持基板６としてシリコン、エッチングストップ層２として酸化珪素を用いる場合は、図３Ｍに示すように支持基板６であるシリコンの一方の面を例えば、熱酸化、火炎堆積法、化学気相堆積法、ゾル−ゲル法等により酸化させ酸化珪素を形成してこれをエッチングストップ層２とし、エッチングストップ層２である酸化珪素がシリコン基板４に接するようにこれらを配置してエッチングストップ層２とシリコン基板４とを陽極酸化により接合してもよい。支持基板６、エッチングストップ層２の材料は上記のものに限られず、シリコン基板４及び／又は支持基板６の少なくとも一方の面に酸化膜が形成可能であり、かつシリコン基板４及び支持基板６が導電性を有しこれにより陽極酸化が可能であるものであれば如何なるものであってもよい。また、エッチングストップ層２として金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属膜を用いる場合、図３Ｎに示すように支持基板６及びシリコン基板４の一方の面にスパッタ法、蒸着、火炎堆積法、化学気相堆積法等により上記金属膜を形成し、当該金属膜同士を圧着、熱圧着等により接合してもよい。これにより、支持基板６にエッチングストップ層２である金属膜が形成されその上にシリコン基板４が形成された複合基板７を作製することができる。支持基板６を構成する物質としては、スパッタ法、蒸着、火炎堆積法、化学気相堆積法等によりその上に金属膜を形成可能なものであれば如何なるものであってもよい。
【００３２】
シリコン基板４としては所望の厚みのものをエッチングストップ層２上に接合若しくは成長させて所望の厚さのシリコン基板４を有する複合基板７を作製してもよい。また、所望の厚さより厚いシリコン基板４を接合若しくは成長させた後、研磨等により所望の厚さとなるまで厚さを減少させて所望の厚さのシリコン基板４を有する複合基板７を作製してもよい。当該シリコン基板４の厚さは、光伝播部（光導波路若しくは光ファイバ）５の径と一致するように選択することが肝要である。これにより、上述のように、光導波路若しくは光ファイバの変形の可能性を排除することができる。
【００３３】
２．第１マスク形成工程（工程２）
つづいて、図３Ｂに示すように、シリコン基板４の上に、所望のパターンを有する第１マスク層８を形成する。当該マスク層８の材料として酸化物、具体的には酸化珪素を用いる場合は、例えば、熱酸化、火炎堆積法、化学気相堆積法、ゾル−ゲル法等を用いることができる。マスク層８の材料として窒化物、具体的には窒化珪素を用いる場合は、プラズマ窒化法、ガス窒化法等を用いることができる。また耐アルカリ性を有したレジスト材料等を用いてもよい。
パターンの幅は、エッチャントの種類、その濃度、その温度、異方性エッチングの速度、シリコン基板４の膜厚等を考慮して決定する必要がある。パターンの幅が狭すぎると溝部３がエッチングストップ層２に達しない可能性があるので、溝部３がエッチングストップ層２に達するようにパターンの幅を設定することが好ましい。また、光素子に電気的に接続されるボンディングパッド１８が溝部３に近接してこの両側に設けられるので、当該パッド１８の間隔を考慮してパターンの幅を設定する必要がある。パターンの幅が広すぎると、溝部３がパッドの設置位置まで浸食してしまうので、当該位置を浸食しないようにパターンの幅を設定することが好ましい。
【００３４】
３．異方性エッチングによる溝部形成工程（工程３）
つづいて、図３Ｃに示すように、シリコン基板４に異方性エッチングを施してエッチングストップ層２までシリコン基板４を腐食させ当該シリコン基板４に溝部３を形成する。エッチャントとしては、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）にアルコールを添加したもの、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）に界面活性剤を添加したもの等を用いることができる。例えば、エッチャントが濃度１５〜２５％のＫＯＨにアルコールを添加したものであり、その温度が７０〜９０℃のとき、深さ４０μｍに達するためには３０〜７０ｍｉｎを要する。この場合、溝幅の広がる速度は０．２〜０．５μｍ／ｍｉｎである。
【００３５】
４．第１マスク除去工程（工程４）
その後、図３Ｄに示すように、シリコン基板４上の第１マスク８を除去する。第１マスク８の除去には、一般的に用いられている方法を用いることができる。例示すれば、マスク８の除去方法としては、ドライエッチング、ウェットエッチング等が挙げられる。例えば、マスク層に酸化珪素を用いた場合では、フッ酸によるウェットエッチングを施すことで、当該マスク８のみを選択的に良好に除去することができる。これにより、上部に溝部３を有する複合基板７を作製することができる。
【００３６】
５．絶縁膜形成及びミラー面の形成工程（工程５）
つづいて、図３Ｅに示すように溝部３の表面９及びシリコン基板４の表面１０に絶縁膜１１を形成する（工程５）。絶縁膜１１としては、酸化珪素、窒化珪素を用いることができる。好ましくは酸化珪素である。これは屈折率が低いため、導波路の下部クラッドとして有用であるからである。絶縁膜１１の形成方法としては、通常用いられる周知の方法を用いることができるが、例示すれば、熱酸化、火炎堆積法、化学気相堆積法、ゾル−ゲル法等が挙げられる。
【００３７】
絶縁膜１１を形成した後、溝部３の端部にミラー面１７を形成する。ミラー面１７としては、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属膜を溝部の端部に形成することにより形成することができる。当該形成方法としては、スパッタ法、蒸着、火炎堆積法、化学気相堆積法等が挙げられる。上記方法によれば、溝部３の端部にミラー面１７を良好に形成することができる。また、溝部３の端部は光導波路５の端部と一部共通することから、後述のように光導波路５を形成すれば、光導波路５の端部にミラー面１７を形成することができる。
【００３８】
６．光伝播部形成工程（工程６）
溝部３内に光伝播部５を形成する（工程６）。具体的には、まず図３Ｆに示すように溝部内に感光性樹脂１２を充填する（工程６−１）。感光性樹脂１２としては、エポキシ、アクリル、フッ素化樹脂、ポリイミド等を用いることができる。
【００３９】
つづいて、図３Ｇに示すように感光性樹脂１２およびシリコン基板４を平板でプレスし、感光性樹脂面を平坦化し、かつシリコン基板４の上面の面出しを行う（工程６−２）。ここで、平坦化とは、中心付近が突出した感光性樹脂１２の上面を平坦にすることをいい、シリコン基板面の面出しとは、シリコン基板４を覆った感光性樹脂１２を平板でプレスすることによりこれを取り除いてシリコン基板４の上面を露出させることをいう。
【００４０】
つづいて、図３Ｈに示すように所望のパターンを有する第２マスク１３を配置し、第２マスク１３の上から所定の波長の光を照射して、第２マスク１３のパターンの開口部１４を介して感光性樹脂１２に光を照射し、感光性樹脂１２を光硬化させる（工程６−３）。第２マスク１３は、シリコン基板４の上部に設けられた溝部３の略中心付近に開口部１４が延在して配置されるようなパターンを有し、溝部３に充填された感光性樹脂１２を光硬化させることにより、溝部３の略中心に延在して光導波路５を形成することができる。例えば、感光性樹脂１２として、エポキシ系のＳＵ−８（マイクロケム社）を用いる場合は、当該感光性樹脂１２に対して照射される光の波長は３５０ｎｍ以下であることが好ましい。また、感光性樹脂１２として、アクリル系のＴＨＢ１５１（ＪＳＲ社）を用いる場合は、当該波長は３００ｎｍ〜５００ｎｍであることが好ましい。より好ましくは３６５ｎｍ〜４３６ｎｍである。
【００４１】
つづいて、図３Ｉに示すように未硬化の樹脂を除去する（工程６−４）。未硬化の樹脂の除去は、薬液で現像することにより行う。
【００４２】
その後、図３Ｊに示すように未硬化の樹脂を除去した部分にクラッドとなる層１５を形成しても良い。これにより、コアをクラッドとなる層１５により良好に固定することができるとともに、クラッドとなる層１５により光の漏れを良好に抑制することができる（工程６−５）。
【００４３】
第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法によれば、エッチングストップ層２を用いることにより、溝部３の開口幅の管理を行うだけで精度の良好な加工形状を得ることができる。そのため、光軸のずれが抑制された高精密な光導波路基板を提供することができる。
【００４４】
［第３の実施の形態］
図３Ｋ、３Ｌは、本発明の第３の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法であって、光伝播部として光ファイバ５を形成する方法に関する。第３の実施の形態では、光伝播部として光導波路ではなく光ファイバを設ける点で、光導波路を形成する第２の実施の形態と異なる。
【００４５】
当該実施の形態に係る光導波路基板の作製方法では、工程１〜５については、第２の実施の形態と同様であるが光伝播部形成工程が異なる。
【００４６】
第３の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法では、図３Ｋに示すように、溝部３内に光伝播部を形成するため、溝部３に光ファイバ５を配置し、図３Ｌに示すように光ファイバ５を接着材１６により固定する。接着材１６としては、光硬化性、若しくは熱硬化性の光学接着剤等を用いることができる。接着材１６は、溝部３を満たすように充填することが好ましい。これにより、光ファイバ５を強固に固定することができるとともに、接着材１６がクラッドの役割を果たし光の漏れを抑制することができる。
【００４７】
当該第３の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法によれば、エッチングストップ層２を用いることにより、溝部３の開口幅の管理を行うだけで精度の良い加工形状を得ることができ、光軸のずれが抑制された高精密な光導波路基板１を提供することができるとともに、光ファイバ５を溝部３に配置しこれを接着材１６で固定するだけで光伝播部５を作製することができるため、第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法より簡易に光導波路基板１を作製することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 光導波路基板
２ エッチングストップ層
３ 溝部
４ シリコン基板
５ 光伝播部（光導波路又は光ファイバ）
６ 支持基板
７ 複合基板
８ 第１マスク
９ 溝部の表面
１０ シリコン基板の表面
１１ 絶縁膜
１２ 感光性樹脂
１３ 第２マスク
１４ 第２マスクのパターンの開口部
１５ クラッド層
１６ 接着材
１７ ミラー面
１８ ボンディングパッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子若しくは受光素子等の光学素子が搭載された光導波路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子・受光素子が搭載される光導波路基板において、面発光素子を用いたチップの低背化が主流となってきており、光軸の変換に高精度なミラー面の形成が要求されている。
【０００３】
一般的にこのようなミラー面には、従来ではアルカリ系水溶液によるシリコン（Ｓｉ）の異方性エッチングが用いられてきたが、形成される面が５４．７°（｛１１１｝面）であり、高効率な光軸変換が困難であった。
【０００４】
そこで、アルカリ系水溶液にさらに添加剤を加えることで、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）にアルコール、あるいはテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）に界面活性剤を加えることで、４５°のミラー面（｛１１０｝面）を形成する手段が講じられてきた。
【０００５】
しかしながら、｛１１０｝面は添加剤の濃度分布や攪拌具合の影響を受けやすく、エッチング溝の底平面を形成する｛１００｝面のエッチングレートに対し、｛１１０｝面のエッチングレートが安定しないことが実験的に確認されている（例えば、図４参照）。
【０００６】
エッチング溝内に光を伝播する部位を形成する方法として、感光性の光学ポリマーをフォトリソグラフィによって光導波路を形成する方法や、ファイバを溝部に配置して固定する方法があるが、｛１００｝面によって決まる深さ寸法にばらつきがあると、前者の場合は導波路の変形が、後者の場合はファイバのｚ方向の位置ずれが発生し、特性の低下を招く。
【０００７】
一方、｛１１０｝面の位置精度は、ｘ−ｙ平面上におけるミラーの位置に影響を与えるため重要な管理項目となる。つまり、図５Ａのような光導波路基板では、図５Ｂに示すように｛１００｝面３１で決まる深さ寸法と、｛１１０｝面３２で決まる開口寸法の双方を管理する必要があり、｛１００｝面３１と｛１１０｝面３２のエッチングレート比のばらつきが高精度なデバイス作製の障害となっている。このため、光軸のずれが発生し高精度な光導波路基板を作製することができないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−０７２０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、光軸のずれが抑制された高精密な光導波路基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本願第１発明に係る光導波路基板の作製方法は、光学素子と、該光学素子に光学的に接続された光導波路と、を備える光導波路基板を作製する方法であって、エッチング可能な基板と、該基板の一方の面に設けられたエッチングストップ部材と、を有する複合基板を準備する工程と、上記エッチング可能な基板上に、所望のパターンを有するマスクを形成する工程と、上記エッチング可能な基板に異方性エッチングを施して上記エッチングストップ部材まで上記基板を腐食させ、所望の幅となった時点でエッチングを停止して、当該基板に溝部を形成する工程と、上記溝部内に光伝播部を形成する工程と、を備えることを特徴とする。ここで、溝部はエッチングストップ部材に達するまでは、エッチング可能な基板（シリコン基板）４の深さ方向（図１Ａのｚ方向）及び横方向（図１Ａのｘ方向及びｙ方向）に進行するが、溝部がエッチングストップ層に達すると、横方向しかエッチングが進行しない。すなわち、「上記エッチング可能な基板に異方性エッチングを施して上記エッチングストップ部材まで上記基板を腐食させ、所望の幅となった時点でエッチングを停止して、当該基板に溝部を形成する」とは、エッチング可能な基板に異方性エッチングを施してエッチングストップ部材に達するまでは深さ方向及び横方向に腐食させ、エッチングストップ部材に達した後は所望の幅となるまで横方向のみ腐食させ、所望の幅になった時点でエッチングを停止することをいう。
【００１１】
また、本願第２発明に係る光導波路基板は、エッチングストップ部材と、上記エッチングストップ部材上に形成され、上記エッチングストップ部材まで達する溝部を有する基板と、上記溝部内に形成された光伝播部と、上記基板上に設けられ、上記光伝播部と光学的に接続された光学素子と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本願発明によれば、エッチングストップ部材上の基板の厚みでエッチング深さが決まるので、溝部の開口幅の管理を行うだけで精度の良い加工形状を得ることができる。
したがって、本願発明によれば、光軸のずれが抑制された高精密な光導波路基板及び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】
【００１３】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る光導波路基板を部分的に示した斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示された光導波路基板のＡ−Ａ断面における断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る光導波路基板の別の態様を示している。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の工程図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の工程図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の工程図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の工程図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の工程図である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の工程図である。
【図３Ｇ】図３Ｇは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の工程図である。
【図３Ｈ】図３Ｈは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の工程図である。
【図３Ｉ】図３Ｉは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の工程図である。
【図３Ｊ】図３Ｊは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の工程図である。
【図３Ｋ】図３Ｋは、本発明の第３の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の工程図である。
【図３Ｌ】図３Ｌは、本発明の第３の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の工程図である。
【図３Ｍ】図３Ｍは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の別の態様に係る工程図である。
【図３Ｎ】図３Ｎは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の別の態様に係る工程図である。
【図４】図４は、｛１００｝面と｛１１０｝面とのエッチングレート比を示したグラフである。
【図５Ａ】図５Ａは、従来の光導波路基板の斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａの光導波路基板の溝部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
［第１の実施の形態］
図１Ａ、１Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る光導波路基板１を概略的に示したものである。図１Ａ、１Ｂに示すように、本発明の第１の実施の形態に係る光導波路基板１は、エッチングストップ部材（エッチングストップ層２及び支持基板６からなる部材）と、エッチングストップ部材上に形成され、エッチングストップ部材まで達する溝部３を有するシリコン基板４と、溝部３に形成された光伝播部（具体的には光導波路又は光ファイバ）５と、を備える。エッチングストップ部材としてエッチング機能を備える基板（具体的にはガラス基板等）を用いれば、当該基板はストップエッチング層としての機能と支持基板としての機能を兼ねるため単一の部材とすることができる。
【００１６】
エッチングストップ層２は、光導波路基板１に対するエッチングを停止させる機能を有する。そのため、エッチングストップ層２は、シリコン基板４をエッチングするエッチャントによって腐食されない物質であれば如何なるものでもよく、例えば、窒化珪素、酸化珪素等により構成することができる。エッチングストップ層２が窒化珪素からなる場合、窒化珪素は特に耐アルカリ性が強いため、深さ方向における精密加工が良好となる。また、エッチングストップ層２が酸化珪素からなる場合、酸化珪素は屈折率が低いのでエッチングストップ層２を光導波路５の下部クラッドとしてそのまま用いることができる。そのため、コアからの光の漏れを良好に抑制することができ、光学特性に優れた光導波路基板とすることができる。
【００１７】
また、エッチングストップ層２を金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属により構成してもよい。これらの金属ではスパッタ等によりエッチングストップ層２を容易に形成することができる。したがって、支持基板に形成された金属膜とシリコン基板に形成された金属膜とを接触した状態で熱圧着等により接合して複合基板７を作製できる。
【００１８】
光伝播部として光導波路５を形成した場合、光導波路５は、エポキシ系感光性樹脂、又はアクリル系感光性樹脂から構成されることが好ましい。光導波路５は、図１Ｂに示すように、その上面が、光導波路基板１の上面と一致するように形成することが好ましい。光導波路５の上面が光導波路基板１の上面より突出している場合、光導波路５に上方向から圧力が加わりこれにより光導波路５が変形する可能性がある。しかしながら、光導波路５の上面が光導波路基板１の上面と一致するように形成することにより、光導波路５の上面に押圧力が掛かることはなく光導波路５の変形が抑えられ光学特性の低下を抑制することができる。
【００１９】
光導波路５の長手方向に直交する光導波路断面における高さは、使用する光学素子の受発光面の大きさに対応させて適宜設定することができるが、２０μｍ〜２００μｍであることが好ましい。さらに好ましくは３５〜４５μｍであり、最も好ましくは約４０μｍである。
【００２０】
また、当該断面における幅についても、２０μｍ〜２００μｍであることが好ましい。さらに好ましくは３５μｍ〜４５μｍであり、最も好ましくは約４０μｍである。
【００２１】
また、溝部３は、その長手方向に対し直交する断面において図１Ｂに示すような逆台形状を有する。溝部３の開口側の幅長は、光導波路の高さや幅長等により最適値が変わるが、｛１１０｝面の｛１００｝面に対する傾きが約４５°であるので、溝部の幅長の最小値は、導波路の幅長＋溝深さ×２となる。また、溝部の幅長の最大値は、上記最小値に１００μｍを加えた程度に設定することが好ましい。溝部３の深さは、２０μｍ〜２００μｍであることが好ましく、さらに好ましくは３５〜４５μｍであり、最も好ましくは約４０μｍである。上述したように溝部３の深さは、光導波路５の高さと一致させることが肝要である。
【００２２】
また、溝部３の端部には、４５°傾斜された端面の上に金属膜が形成されることによりミラー面１７が形成されている。これにより、光の反射率を高めることができる。ミラー面１７の上部には、例えば、受光素子又は発光素子等の光学素子が設けられ、発光素子の場合は、これから真下に発光された光をミラー面１７で反射させて光導波路５を介して外部に放出する。一方、受光素子の場合は、光導波路５に入射された光をミラー面１７で反射させて当該光を受光素子で受け取る。
【００２３】
また、図２に示すように、光伝播部として光ファイバ５を用いこれを溝部３に固定してもよい。光ファイバ５としては如何なるものを使用しても良く、石英ファイバ、プラスチックファイバ、ＰＣＦ等が挙げられる。光ファイバ５は、図２に示すように、その最上部が、光導波路基板の上面と一致するように配置することが好ましい。これにより、光ファイバ５のｚ方向の位置ずれを抑制し、上記同様、光学特性の低下を抑制することができる。
【００２４】
第１の実施の形態に係る光導波路基板１によれば、当該光導波路基板１はエッチングストップ層２を有するため、光導波路基板１に形成される溝部３の高さのバラツキが少なく精度良く調整されたものとすることができる。そのため、第１の実施の形態に係る光導波路基板１では、光導波路５の光軸を精度良く調整することができ、光損失を抑制することができる。エッチングストップ層２として屈折率が低いものを用いればエッチングストップ層２を光伝播部（光導波路）５の下部クラッドとしてそのまま用いることができるため、光の漏れを良好に抑制することができ、光学特性に優れた光導波路基板１とすることができる。
【００２５】
［第２の実施の形態］
図３Ａ〜３Ｌは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法の工程図を示している。図３Ａに示すように、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法では、支持基板６の上にエッチングストップ層２を形成しエッチングストップ層２の上にさらにシリコン基板４を形成して複合基板７を作製する（工程１）。そして、図３Ｂに示すように、シリコン基板４の表面に所定のパターンを有する第１マスク８を形成する（工程２）。その後、図３Ｃに示すように、シリコン基板４に異方性エッチングを施して上記エッチングストップ層２までシリコン基板４を腐食させ、さらに所望の幅となるまでエッチングを継続する。これにより、所望の深さ及び幅の溝部がシリコン基板４に形成される（工程３）。その後、図３Ｄに示すように、マスク層を除去し（工程４）、図３Ｅに示すように溝部３の表面９及びシリコン基板４の表面１０に絶縁膜１１を形成した後（工程５）、図３Ｆ〜３Ｉに示すように、溝部３内に光伝播部５を形成する（工程６）。第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法では、光伝播部として光導波路５を形成する。具体的には、溝部３内に光伝播部５を形成するため、図３Ｆに示すように溝部３内に感光性樹脂１２を充填し（工程６−１）、図３Ｇに示すように感光性樹脂１２およびシリコン基板４を平板でプレスし、感光性樹脂面を平坦化し、かつシリコン基板４の上面を面出しし（工程６−２）、図３Ｈに示すように、第２のマスク１３を施した状態で感光性樹脂１２に所定の波長の光を照射して、感光性樹脂１２を光硬化させる（工程６−３）。その後、図３Ｉに示すように未硬化の樹脂を除去し（工程６−４）、さらには、図３Ｊに示すように、未硬化の樹脂を除去した部分にクラッドとなる層を形成する（工程６−５）。
以下各工程について工程図を用いながら説明する。
【００２６】
１．複合基板作製工程（工程１）
まず、図３Ａに示すように、支持基板６の上にエッチングストップ層２を形成してエッチングストップ部材を作製する。支持基板６としては、その面にエッチングストップ層２を形成可能であれば如何なるものを用いても良く、具体的には、シリコン基板等が挙げられる。エッチングストップ部材としてエッチング機能を備える基板（具体的にはガラス基板等）を用いれば、当該基板はストップエッチング層としての機能と支持基板としての機能を兼ねるため単一の部材とすることができる。
【００２７】
エッチングストップ層２の膜厚は、０．２μｍ〜５．０μｍであることが好ましい。エッチャントによるエッチングストップ層２への腐食を考慮すると、エッチングストップ層２にピンホールが発生しないように、当該膜厚は０．２μｍ以上であることが好ましい。また、製造コストや応力の発生を考慮すると、５．０μｍ以下であることが好ましい。
【００２８】
エッチングストップ層２は、エッチャントに対して腐食されない物質であれば如何なるものでもよく、例えば、窒化珪素、酸化珪素等により構成することができる。エッチングストップ層２が窒化珪素からなる場合、窒化珪素は特に耐アルカリ性が強いため、深さ方向における精密加工が良好となる。また、エッチングストップ層２が酸化珪素からなる場合、酸化珪素は屈折率が低いのでエッチングストップ層２を導波路の下部クラッドとしてそのまま用いることができる。また、エッチングストップ層２を金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属により構成してもよく、これらの金属ではスパッタ等によりエッチングストップ層２を容易に形成することができる。
【００２９】
支持基板６へのエッチングストップ層２の形成方法としては、エッチングストップ層２として酸化物、具体的には酸化珪素を用いる場合は、例えば、熱酸化、火炎堆積法、化学気相堆積法、ゾル−ゲル法等を用いることができる。エッチングストップ層２として窒化物、具体的には窒化珪素を用いる場合は、支持基板６へのエッチングストップ層２の形成方法としては、プラズマ窒化法、ガス窒化法等を用いることができる。さらに、エッチングストップ層２として、金属膜、具体的には金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）等を用いる場合は、支持基板６へのエッチングストップ層２の形成方法としては、スパッタ法、蒸着、火炎堆積法、化学気相堆積法等を用いることができる。
【００３０】
つづいて、エッチングストップ部材（エッチングストップ層２及び支持基板６）の上にシリコン基板４を形成し、複合基板７とする。
【００３１】
支持基板６としてシリコン、エッチングストップ層２として酸化珪素を用いる場合は、図３Ｍに示すように支持基板６であるシリコンの一方の面を例えば、熱酸化、火炎堆積法、化学気相堆積法、ゾル−ゲル法等により酸化させ酸化珪素を形成してこれをエッチングストップ層２とし、エッチングストップ層２である酸化珪素がシリコン基板４に接するようにこれらを配置してエッチングストップ層２とシリコン基板４とを陽極酸化により接合してもよい。支持基板６、エッチングストップ層２の材料は上記のものに限られず、シリコン基板４及び／又は支持基板６の少なくとも一方の面に酸化膜が形成可能であり、かつシリコン基板４及び支持基板６が導電性を有しこれにより陽極酸化が可能であるものであれば如何なるものであってもよい。また、エッチングストップ層２として金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属膜を用いる場合、図３Ｎに示すように支持基板６及びシリコン基板４の一方の面にスパッタ法、蒸着、火炎堆積法、化学気相堆積法等により上記金属膜を形成し、当該金属膜同士を圧着、熱圧着等により接合してもよい。これにより、支持基板６にエッチングストップ層２である金属膜が形成されその上にシリコン基板４が形成された複合基板７を作製することができる。支持基板６を構成する物質としては、スパッタ法、蒸着、火炎堆積法、化学気相堆積法等によりその上に金属膜を形成可能なものであれば如何なるものであってもよい。
【００３２】
シリコン基板４としては所望の厚みのものをエッチングストップ層２上に接合若しくは成長させて所望の厚さのシリコン基板４を有する複合基板７を作製してもよい。また、所望の厚さより厚いシリコン基板４を接合若しくは成長させた後、研磨等により所望の厚さとなるまで厚さを減少させて所望の厚さのシリコン基板４を有する複合基板７を作製してもよい。当該シリコン基板４の厚さは、光伝播部（光導波路若しくは光ファイバ）５の径と一致するように選択することが肝要である。これにより、上述のように、光導波路若しくは光ファイバの変形の可能性を排除することができる。
【００３３】
２．第１マスク形成工程（工程２）
つづいて、図３Ｂに示すように、シリコン基板４の上に、所望のパターンを有する第１マスク層８を形成する。当該マスク層８の材料として酸化物、具体的には酸化珪素を用いる場合は、例えば、熱酸化、火炎堆積法、化学気相堆積法、ゾル−ゲル法等を用いることができる。マスク層８の材料として窒化物、具体的には窒化珪素を用いる場合は、プラズマ窒化法、ガス窒化法等を用いることができる。また耐アルカリ性を有したレジスト材料等を用いてもよい。
パターンの幅は、エッチャントの種類、その濃度、その温度、異方性エッチングの速度、シリコン基板４の膜厚等を考慮して決定する必要がある。パターンの幅が狭すぎると溝部３がエッチングストップ層２に達しない可能性があるので、溝部３がエッチングストップ層２に達するようにパターンの幅を設定することが好ましい。また、光素子に電気的に接続されるボンディングパッド１８が溝部３に近接してこの両側に設けられるので、当該パッド１８の間隔を考慮してパターンの幅を設定する必要がある。パターンの幅が広すぎると、溝部３がパッドの設置位置まで浸食してしまうので、当該位置を浸食しないようにパターンの幅を設定することが好ましい。
【００３４】
３．異方性エッチングによる溝部形成工程（工程３）
つづいて、図３Ｃに示すように、シリコン基板４に異方性エッチングを施してエッチングストップ層２までシリコン基板４を腐食させ当該シリコン基板４に溝部３を形成する。エッチャントとしては、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）にアルコールを添加したもの、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）に界面活性剤を添加したもの等を用いることができる。例えば、エッチャントが濃度１５〜２５％のＫＯＨにアルコールを添加したものであり、その温度が７０〜９０℃のとき、深さ４０μｍに達するためには３０〜７０ｍｉｎを要する。この場合、溝幅の広がる速度は０．２〜０．５μｍ／ｍｉｎである。
【００３５】
４．第１マスク除去工程（工程４）
その後、図３Ｄに示すように、シリコン基板４上の第１マスク８を除去する。第１マスク８の除去には、一般的に用いられている方法を用いることができる。例示すれば、マスク８の除去方法としては、ドライエッチング、ウェットエッチング等が挙げられる。例えば、マスク層に酸化珪素を用いた場合では、フッ酸によるウェットエッチングを施すことで、当該マスク８のみを選択的に良好に除去することができる。これにより、上部に溝部３を有する複合基板７を作製することができる。
【００３６】
５．絶縁膜形成及びミラー面の形成工程（工程５）
つづいて、図３Ｅに示すように溝部３の表面９及びシリコン基板４の表面１０に絶縁膜１１を形成する（工程５）。絶縁膜１１としては、酸化珪素、窒化珪素を用いることができる。好ましくは酸化珪素である。これは屈折率が低いため、導波路の下部クラッドとして有用であるからである。絶縁膜１１の形成方法としては、通常用いられる周知の方法を用いることができるが、例示すれば、熱酸化、火炎堆積法、化学気相堆積法、ゾル−ゲル法等が挙げられる。
【００３７】
絶縁膜１１を形成した後、溝部３の端部にミラー面１７を形成する。ミラー面１７としては、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属膜を溝部の端部に形成することにより形成することができる。当該形成方法としては、スパッタ法、蒸着、火炎堆積法、化学気相堆積法等が挙げられる。上記方法によれば、溝部３の端部にミラー面１７を良好に形成することができる。また、溝部３の端部は光導波路５の端部と一部共通することから、後述のように光導波路５を形成すれば、光導波路５の端部にミラー面１７を形成することができる。
【００３８】
６．光伝播部形成工程（工程６）
溝部３内に光伝播部５を形成する（工程６）。具体的には、まず図３Ｆに示すように溝部内に感光性樹脂１２を充填する（工程６−１）。感光性樹脂１２としては、エポキシ、アクリル、フッ素化樹脂、ポリイミド等を用いることができる。
【００３９】
つづいて、図３Ｇに示すように感光性樹脂１２およびシリコン基板４を平板でプレスし、感光性樹脂面を平坦化し、かつシリコン基板４の上面の面出しを行う（工程６−２）。ここで、平坦化とは、中心付近が突出した感光性樹脂１２の上面を平坦にすることをいい、シリコン基板面の面出しとは、シリコン基板４を覆った感光性樹脂１２を平板でプレスすることによりこれを取り除いてシリコン基板４の上面を露出させることをいう。
【００４０】
つづいて、図３Ｈに示すように所望のパターンを有する第２マスク１３を配置し、第２マスク１３の上から所定の波長の光を照射して、第２マスク１３のパターンの開口部１４を介して感光性樹脂１２に光を照射し、感光性樹脂１２を光硬化させる（工程６−３）。第２マスク１３は、シリコン基板４の上部に設けられた溝部３の略中心付近に開口部１４が延在して配置されるようなパターンを有し、溝部３に充填された感光性樹脂１２を光硬化させることにより、溝部３の略中心に延在して光導波路５を形成することができる。例えば、感光性樹脂１２として、エポキシ系のＳＵ−８（マイクロケム社）を用いる場合は、当該感光性樹脂１２に対して照射される光の波長は３５０ｎｍ以下であることが好ましい。また、感光性樹脂１２として、アクリル系のＴＨＢ１５１（ＪＳＲ社）を用いる場合は、当該波長は３００ｎｍ〜５００ｎｍであることが好ましい。より好ましくは３６５ｎｍ〜４３６ｎｍである。
【００４１】
つづいて、図３Ｉに示すように未硬化の樹脂を除去する（工程６−４）。未硬化の樹脂の除去は、薬液で現像することにより行う。
【００４２】
その後、図３Ｊに示すように未硬化の樹脂を除去した部分にクラッドとなる層１５を形成しても良い。これにより、コアをクラッドとなる層１５により良好に固定することができるとともに、クラッドとなる層１５により光の漏れを良好に抑制することができる（工程６−５）。
【００４３】
第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法によれば、エッチングストップ層２を用いることにより、溝部３の開口幅の管理を行うだけで精度の良好な加工形状を得ることができる。そのため、光軸のずれが抑制された高精密な光導波路基板を提供することができる。
【００４４】
［第３の実施の形態］
図３Ｋ、３Ｌは、本発明の第３の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法であって、光伝播部として光ファイバ５を形成する方法に関する。第３の実施の形態では、光伝播部として光導波路ではなく光ファイバを設ける点で、光導波路を形成する第２の実施の形態と異なる。
【００４５】
当該実施の形態に係る光導波路基板の作製方法では、工程１〜５については、第２の実施の形態と同様であるが光伝播部形成工程が異なる。
【００４６】
第３の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法では、図３Ｋに示すように、溝部３内に光伝播部を形成するため、溝部３に光ファイバ５を配置し、図３Ｌに示すように光ファイバ５を接着材１６により固定する。接着材１６としては、光硬化性、若しくは熱硬化性の光学接着剤等を用いることができる。接着材１６は、溝部３を満たすように充填することが好ましい。これにより、光ファイバ５を強固に固定することができるとともに、接着材１６がクラッドの役割を果たし光の漏れを抑制することができる。
【００４７】
当該第３の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法によれば、エッチングストップ層２を用いることにより、溝部３の開口幅の管理を行うだけで精度の良い加工形状を得ることができ、光軸のずれが抑制された高精密な光導波路基板１を提供することができるとともに、光ファイバ５を溝部３に配置しこれを接着材１６で固定するだけで光伝播部５を作製することができるため、第２の実施の形態に係る光導波路基板の作製方法より簡易に光導波路基板１を作製することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 光導波路基板
２ エッチングストップ層
３ 溝部
４ シリコン基板
５ 光伝播部（光導波路又は光ファイバ）
６ 支持基板
７ 複合基板
８ 第１マスク
９ 溝部の表面
１０ シリコン基板の表面
１１ 絶縁膜
１２ 感光性樹脂
１３ 第２マスク
１４ 第２マスクのパターンの開口部
１５ クラッド層
１６ 接着材
１７ ミラー面
１８ ボンディングパッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子と、該光学素子に光学的に接続された光導波路と、を備える光導波路基板を作製する方法であって、
エッチング可能な基板と、該基板の一方の面に設けられたエッチングストップ部材と、を有する複合基板を準備する工程と、
上記エッチング可能な基板上に、所望のパターンを有するマスクを形成する工程と、
上記エッチング可能な基板に異方性エッチングを施して上記エッチングストップ部材まで上記基板を腐食させ、所望の幅となった時点でエッチングを停止して、当該基板に溝部を形成する工程と、
上記溝部内に光伝播部を形成する工程と、
を備えることを特徴とする光導波路基板の製造方法。
【請求項２】
上記エッチング可能な基板の膜厚を、上記光伝播部の厚さと実質的に同一としたことを特徴とする請求項１記載の光導波路基板の製造方法。
【請求項３】
上記エッチングストップ部材が、支持基板にエッチングストップ層を形成したもの若しくはエッチングストップ機能を備える基板であることを特徴とする請求項１又は２記載の光導波路基板の製造方法。
【請求項４】
上記光伝播部を形成する工程が、
上記溝部内に感光性樹脂を充填する工程と、
上記感光性樹脂および上記エッチング可能な基板を平板でプレスし、上記感光性樹脂面を平坦化し、かつ上記基板面を面出しする工程と、
上記基板上に、上記溝部のパターン形状と対応した所望のパターンを有する第２のマスクを配置する工程と、
上記感光性樹脂に所定の波長の光を照射して、上記感光性樹脂を光硬化させる工程と、
未硬化の樹脂を除去する工程と、
を含んでなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光導波路基板の製造方法。
【請求項５】
上記光伝播部を形成する工程が、上記溝部に光ファイバを固定する工程を含んでなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光導波路基板の製造方法。
【請求項６】
上記エッチングストップ部材が、窒化珪素からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光導波路基板の製造方法。
【請求項７】
上記エッチングストップ部材が、酸化珪素からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光導波路基板の製造方法。
【請求項８】
上記エッチングストップ部材が、金、クロム、チタン、ニッケルからなる群から選択される少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光導波路基板の製造方法。
【請求項９】
エッチングストップ部材と、
上記エッチングストップ部材上に形成され、上記エッチングストップ部材まで達する溝部を有する基板と、
上記溝部内に形成された光伝播部と、
上記基板上に設けられ、上記光伝播部と光学的に接続された光学素子と、を備えることを特徴とする光導波路基板。
【請求項１０】
上記エッチングストップ部材が、支持基板にエッチングストップ層を形成したもの若しくはエッチングストップ機能を備える基板であることを特徴とする請求項９記載の光導波路基板。
【請求項１１】
上記エッチングストップ部材が、窒化珪素からなることを特徴とする請求項９又は１０記載の光導波路基板。
【請求項１２】
上記エッチングストップ部材が、酸化珪素からなることを特徴とする請求項９又は１０記載の光導波路基板。
【請求項１３】
上記エッチングストップ部材が、金、クロム、チタン、ニッケルからなる群から選択される少なくとも１つからなることを特徴とする請求項９又は１０記載の光導波路基板。
【請求項１】
光学素子と、該光学素子に光学的に接続された光導波路と、を備える光導波路基板を作製する方法であって、
エッチング可能な基板と、該基板の一方の面に設けられたエッチングストップ部材と、を有する複合基板を準備する工程と、
上記エッチング可能な基板上に、所望のパターンを有するマスクを形成する工程と、
上記エッチング可能な基板に異方性エッチングを施して上記エッチングストップ部材まで上記基板を腐食させ、所望の幅となった時点でエッチングを停止して、当該基板に溝部を形成する工程と、
上記溝部内に光伝播部を形成する工程と、
を備えることを特徴とする光導波路基板の製造方法。
【請求項２】
上記エッチング可能な基板の膜厚を、上記光伝播部の厚さと実質的に同一としたことを特徴とする請求項１記載の光導波路基板の製造方法。
【請求項３】
上記エッチングストップ部材が、支持基板にエッチングストップ層を形成したもの若しくはエッチングストップ機能を備える基板であることを特徴とする請求項１又は２記載の光導波路基板の製造方法。
【請求項４】
上記光伝播部を形成する工程が、
上記溝部内に感光性樹脂を充填する工程と、
上記感光性樹脂および上記エッチング可能な基板を平板でプレスし、上記感光性樹脂面を平坦化し、かつ上記基板面を面出しする工程と、
上記基板上に、上記溝部のパターン形状と対応した所望のパターンを有する第２のマスクを配置する工程と、
上記感光性樹脂に所定の波長の光を照射して、上記感光性樹脂を光硬化させる工程と、
未硬化の樹脂を除去する工程と、
を含んでなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光導波路基板の製造方法。
【請求項５】
上記光伝播部を形成する工程が、上記溝部に光ファイバを固定する工程を含んでなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光導波路基板の製造方法。
【請求項６】
上記エッチングストップ部材が、窒化珪素からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光導波路基板の製造方法。
【請求項７】
上記エッチングストップ部材が、酸化珪素からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光導波路基板の製造方法。
【請求項８】
上記エッチングストップ部材が、金、クロム、チタン、ニッケルからなる群から選択される少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光導波路基板の製造方法。
【請求項９】
エッチングストップ部材と、
上記エッチングストップ部材上に形成され、上記エッチングストップ部材まで達する溝部を有する基板と、
上記溝部内に形成された光伝播部と、
上記基板上に設けられ、上記光伝播部と光学的に接続された光学素子と、を備えることを特徴とする光導波路基板。
【請求項１０】
上記エッチングストップ部材が、支持基板にエッチングストップ層を形成したもの若しくはエッチングストップ機能を備える基板であることを特徴とする請求項９記載の光導波路基板。
【請求項１１】
上記エッチングストップ部材が、窒化珪素からなることを特徴とする請求項９又は１０記載の光導波路基板。
【請求項１２】
上記エッチングストップ部材が、酸化珪素からなることを特徴とする請求項９又は１０記載の光導波路基板。
【請求項１３】
上記エッチングストップ部材が、金、クロム、チタン、ニッケルからなる群から選択される少なくとも１つからなることを特徴とする請求項９又は１０記載の光導波路基板。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図３Ｇ】
【図３Ｈ】
【図３Ｉ】
【図３Ｊ】
【図３Ｋ】
【図３Ｌ】
【図３Ｍ】
【図３Ｎ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図３Ｇ】
【図３Ｈ】
【図３Ｉ】
【図３Ｊ】
【図３Ｋ】
【図３Ｌ】
【図３Ｍ】
【図３Ｎ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【公開番号】特開２０１０−２６６６６２（Ｐ２０１０−２６６６６２Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１７５８３（Ｐ２００９−１１７５８３）
【出願日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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