(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波路基板に光学素子が装着された光学装置であって、
前記光学素子は、ウエハにおいて対向する第１のウエハ表面および第２のウエハ表面により形成される第１の透過面および第２の透過面、ならびに、前記第１の透過面および前記第２の透過面の間に配置された略平坦な装着面および前記装着面から前記光学素子の一部が突出した突出部を有し、
前記装着面は、前記第１のウエハ表面および前記第２のウエハ表面のうちのいずれかに対して空間選択的な材料加工技術によって形成された凹部の側壁により形成されており、
前記突出部は、前記凹部の底壁を含む部分であり、
前記導波路基板には、前記装着面にて導波路基板の表面に光学素子を装着する際に前記突出部を収容可能な溝が形成されており、
前記溝に前記突出部が収容されるように、前記導波路基板に前記光学素子が装着された、光学装置。
【請求項２】
前記凹部が形成されたウエハ表面に対向する側のウエハ表面において、光線が前記光学素子に入射する部分は、ウエハ表面に形成された溝によって囲まれており、前記凹部と当該溝との間の部分が前記光学素子における前記突出部となる、請求項１に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権の主張
本出願は、２００７年５月２日に出願された米国仮出願番号第６０／９１５，６７７号に基づき優先権を主張しており、この開示内容は、参照することによってあたかも本願に完全に記載されているように全体として組み込まれる。
【０００２】
本発明の技術分野は、光学素子に関する。特に、光導波路及び他の光導波路、部品、装置間の自由空間光学伝播を可能にする光学素子が本願明細書において開示される。
【背景技術】
【０００３】
平面光導波路は、通信および他の分野用の様々な光学装置に好適に実装される。本明細書の開示および添付の請求の範囲において、用語「平面光導波路」は、略平面基板上に被着またはその他の方法で形成された導波路構造を含むものとする。この種の平面導波路により定義または包含される光路は、２次元または３次元に配置されうる。平面導波路に加えて、平面導波路基板も多くの場合（製造および／または基板上への配置により）、基板上へ光学部品または装置を配置するための位置合わせまたは支持構造、すなわち基板上へ光ファイバおよび／もしくは光ファイバーテーパーを位置づけるためのＶ溝または他の位置合わせまたは支持構造、あるいは補正器、グレーティング、フィルタあるいは他の光学部品、要素、または装置、あるいは基板上の能動装置への電子アクセスを可能にするための電気的接触または配線、あるいは他の適切な部品を含んでいる。光導波路と他の光導波路、部品、装置間の自由空間光学伝播を可能にする１つ以上の平面光導波路とともに使用される反射または透過光学要素としては、限定されるものではないが、ミラー、ビームスプリッタ、ビーム結合器、フィルタ、レンズ、その他が挙げられ、それらは本願明細書に開示されている。
【０００４】
本願明細書において記載されている光導波路（光ファイバおよび平面導波路を含む）の多くは、単一または幾つかの低次光学モードに対応するような寸法および設計パラメータを有している。可視波長および近赤外線波長（例えば、光通信用に一般的に使用される波長）において、生成する光学モードは、横幅で一般的に数マイクロメートル、最大でも約１０または１５マイクロメートルである。導波路の性質に応じて、導波光学モードは、略円筒状に対称形でもよく、または矩形で横方向の幅と縦方向の幅が異なってもよい。これらの波長およびサイズの光学モードは、支持導波路の端面から出射されて光線として伝播する場合には回折挙動を示し、（常にではないが）一般的に支持導波路の端面から十分に遠いところで実質的に発散する（多くの場合約０．１より大きいＮＡ）。したがって、端部結合された導波路と他の光学部品または装置間において実施上許容できるレベルを上回る程度の光出力伝送を達成するためには、以下の調整が１つ以上必要となる場合がある。すなわち、導波路と他導波路、部品、装置間の自由空間の光路長を、特定の光学アッセンブリにて、実用範囲内で可能な限り小さく維持すること、導波路を超えた光線の回析挙動を緩和するように、導波路もしくは他導波路の末端部分、部品、または装置を調整すること、あるいは、導波路と他の部品、装置間の端部結合を強化するため、自由空間を伝播する光線を再焦点化、再結像化、またはその他の処理を行うように、導波路と他導波路、部品、装置間に１つ以上の付加的な光学素子を挿入することが必要である。
【０００５】
導波路を主体とする光学システム、または導波路を主体とする多部品の光学的装置において、多くの場合、導波路中に容易には実装することができない光学機能が付与されることになっており、従ってかかる光学機能は、（反射光学要素で反射された、または透過光学要素を介して透過された）光線として光信号が伝播する光路において配置される反射または透過光学要素によって付与されなければならない。実用上許容できるレベル、若しくはそれ以上で光学システムを介した全体の透過を維持しつつ、このようにして光学機能を実現するため、前段落にて説明したように、光学システムまたは多部品の光学的装置を調整することが一般的に必要となる。
【０００６】
本明細書の開示または添付の請求の範囲において、用語「光線」は光信号のいわゆる自由空間伝播を意味するものであり、電磁波の回析挙動により定められ、いかなる種類の屈折率の変化、勾配または導波路様の挙動をおこす構造体によっても実質的に制限されない。この種の自由空間光学伝播は、真空、空気または他のガス状媒体、液状媒体、あるいは固形媒体を介して生じることができる。
対照的に、屈折率の変化、勾配、または導波路として作用する構造体により、少なくとも１つの横寸法において制限または導波される光信号の伝播は、本明細書において「光学モード」または「導波モード」と称することとする。
【０００７】
本願の主題は、米国特許番号第７，０３１，５７５号、米国特許番号第７，１４２，７７２号、米国特許番号第７，３６６，３７９号において開示または請求される主題に関連し、これらの開示内容は、参照することによってあたかも本願に完全に記載されているように全体として本願に組み込まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許番号第７，０３１，５７５号
【特許文献２】米国特許番号第７，１４２，７７２号
【特許文献３】米国特許番号第７，３６６，３７９号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
光学素子は、対向する第１および第２の透過面とそれらの間にある装着面とを有する１つの略透明材料、位置合わせ指標、ならびに第１または第２の透過面上に光学的被膜を有する。光学素子は、基板の係合位置に装着面を位置合わせした状態で、基板に自立装着されることができる。位置合わせ指標を基板上の対応指標に合わせた状態で、基板上の導波路は第１の透過面よりの反射によって端部結合することができる。基板表面に略平行に伝播し光学素子に第１の透過面を介して入射する光線が、装着面上の光学素子内を光線として伝播し第２の透過面を介して出射するように、第１の透過面、第２の透過面および装着面は、基板表面に対するそれぞれの方向に第１および第２の透過面を位置づけるように構成される。光学素子は、レンズまたは開口を備えることもできる。
【００１０】
光学素子および光導波路に関する目的および利点は、図面に示され、また以下の説明および／または請求項において開示される例示的な実施形態を参照することにより、明らかとなりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、例示的な光学素子が間に設けられた光導波路および光学部品の側面図を概略的に示している。
【図２Ａ】図２Ａは、例示的な光学要素が間に設けられた光導波路および光学部品の平面図を概略的に示している。
【図２Ｂ】図２Ｂは、例示的な光学要素が間に設けられた光導波路および光学部品の平面図を概略的に示している。
【図２Ｃ】図２Ｃは、例示的な光学要素が間に設けられた光導波路の平面図を概略的に示している。
【図２Ｄ】図２Ｄは、例示的な光学要素が間に設けられた光導波路の平面図を概略的に示している。
【図３】図３は、単一の基板ウエハからの複数の例示的な光学素子の製作の平面図を概略的に示している。
【図４】図４は、基板からの例示的な光学素子の製作の平面図を概略的に示している。
【図５】図５は、基板からの例示的な光学素子の製作の断面図を概略的に示している。
【図６】図６は、基板からの例示的な光学素子の製作の断面図を概略的に示している。
【図７】図７は、基板からの例示的な光学素子の製作の後方平面図を概略的に示している。
【図８】図８は、基板からの例示的な光学素子の製作の断面図を概略的に示している。
【図９】図９は、基板からの例示的な光学素子の製作の断面図を概略的に示している。
【図１０】図１０は、単一の基板ウエハからの複数の例示的な光学素子の製作の上面図を概略的に示している。
【図１１】図１１Ａから１１Ｄは、例示的な光学素子の正面図、側面図、後面図および底面図のそれぞれを概略的に示している。
【図１２Ａ】図１２Ａは、例示的な光学素子が間に設けられた光導波路および光学部品の上面図を概略的に示している。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、例示的な光学素子が間に設けられた光導波路および光学部品の上面図を概略的に示している。
【図１３】図１３は、単一の基板ウエハからの複数の例示的な光学素子の製作の平面図を概略的に示している。
【図１４】図１４は、基板からの例示的な光学素子の製作の後方平面図を概略的に示している。
【図１５】図１５は、基板からの例示的な光学素子の製作の断面図を概略的に示している。
【図１６】図１６は、基板からの例示的な光学素子の製作の平面図を概略的に示している。
【図１７】図１７は、基板からの例示的な光学素子の製作の断面図を概略的に示している。
【図１８】図１８は、基板からの例示的な光学素子の製作の断面図を概略的に示している。
【図１９】図１９は、単一の基板ウエハからの複数の例示的な光学素子の製作の上面図を概略的に示している。
【図２０】図２０Ａから２０Ｄは、例示的な光学要素の正面図、側面図、後面図および底面図のそれぞれを概略的に示している。
【図２１】図２１Ａおよび２１Ｂは、それぞれ基板からの例示的な光学要素の製作の平面図および断面図である。図２１Ｃおよび２１Ｄは、それぞれ基板からの例示的な光学要素の製作の平面図および断面図である。図２１Ｅおよび２１Ｆは、それぞれ基板からの例示的な光学要素の製作の平面図および断面図である。
【００１２】
図に示される様々な構造の相対的比率は、本発明をより明確に示すため変えられることがあることに留意する必要がある。様々な光学装置、光導波路、光ファイバ、光学部品、光学モード、位置合わせ部材または支持部材、溝、その他、ならびにそれらの部分の相対的な寸法は、各々に関して、またそれら自身の相対的比率において変えられることがある。図の多くにおいて、光学素子の横寸法は、明確にするため縦寸法に対して拡大されており、それによって、縦位置に対して横寸法が誇張されたバリエーションが生じる場合がある。
【００１３】
図に示された実施例は例示的であり、本明細書の開示または添付の請求の範囲を制限するものとして解釈してはならない。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１および図２Ａから２Ｄにおいて、例示的な光学素子２００は、基板１０２に装着されており、１つ以上の光導波路とともに概略的に示されている。光学素子２００は、対向する第１の透過面２０２および第２の透過面２０４ならびに装着面２０６を有する１つの略透明材料を有している。装着面２０６は、光学素子２００の下面において、透過面２０２と２０４の間に配置され、基板１０２上の導波路および透過面２０２によって定められる光学素子２００内の光路の下にある。これは、装着面が光学素子内の光路から横方向に変位している先行する光学素子（米国特許番号第７，０３１，５７５号、第７，１４２，７７２号、および第７，３６６，３７９号にて開示）とは対照的である。所望の方向にて適所にある状態を保つため、基板上にスロットまたは突出状の支持構造を必要とする光学素子とは対照的に、光学素子２００は、装着面２０６が基板表面の係合位置１０６に合わせられた状態にて、自立するように配置される。該光学素子は、第１の透過面２０２または第２の透過面２０４に付与される光学機能を有する。記号表示「第１」および「第２」は、説明の便宜の目的にのみ使用されており、もし明確に定められていない場合には機能的な重要性を必ずしも有しているわけではない。第１の透過面２０２、第２の透過面２０４および装着面２０６は、装着面２０６が基板表面の係合位置１０６に合わせられた状態で、基板１０２の表面に対してそれぞれの所望の方向に第１および第２の透過面２０２および２０４を位置づけるように配置されている。典型的には、装着面２０６および基板表面の係合位置１０６は略平坦であり、また一般的に基板１０２と平行であるが、これは必ずしも必要ではない。勾配が付けられた、傾斜した、湾曲した、段階状の、またはそれ以外の非平面表面を、代わりに使用することができる。透過面２０２および２０４がそれぞれ所望の方向にある状態で、基板表面１０６に略平行に伝播し、光学素子２００に第１の透過面２０２を介して入射する光線１０が、光学素子２００中で内部反射しない状態で、光学素子２００内を伝播して、第２の透過面２０４を介して出射する。
【００１５】
透過面２０２または２０４に、以下に挙げるがこれに限定されない光学機能を、任意の適切な方法により付与することができる。すなわち、(i)一方または両方の透過面上に形成される１以上の光学的被膜、例えば、反射または反射防止光学的被膜、スペクトル選択性フィルタ・コーティング、あるいは２色性光学的被膜、(ii)一方または両方の透過面上に形成される湾曲面、例えば、レンズとして作用する湾曲面、(iii)一方または両方の透過面上に形成され、空間的に変化する表面形状、例えば、フレネルレンズ、(iv)少なくとも１つの透過面における少なくとも１つの空間的に変化する光学特性、例えば、屈折率勾配型レンズ（index-gradient lens）、(v)少なくとも１つの透過面における少なくとも１つの異方性光学特性、例えば、波長板または偏光回転子、あるいは、(vi)少なくとも１つの透過面における少なくとも１つのスペクトル変化光学特性である。本明細書の開示または添付の請求の範囲の範囲内で、一方または両方の透過面２０２または２０４において光学機能を付与するように他の調整を使用することができる。
【００１６】
光学素子２００は、基板１０２上に形成された光導波路１０４を伴う基板１０２に、装着することができる。この基板１０２は導波路基板と称されることもある。光学素子２００は、基板表面の略平坦部１０６上に装着面２０６を介して、導波路基板１０２に装着される。光導波路１０４の端面から光線１０として出射する光信号の一部分は、第１の透過面２０２を介して光学素子２００に入射し、光学素子２００内を光線として伝播し、そして第２の透過面２０４を介して光線として光学素子２００から出射するように、光学素子２００が位置づけられる。光線１０は、その装着面２０６の真上の光学素子２００内を伝播する。（図１、２Ａおよび２Ｂのように）光検出器３００は、基板１０２に装着し、光学素子２００内を透過する光線１０として伝播するその光信号の一部分を直接受信するように、配置することができる。基板１０２上に装着するのに適した、例えば、ＰＩＮフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、または特許番号６，９９２，２７６および７，１４８，４６５（これらの開示内容の各々は、参照することによってあたかも本願に完全に記載されているように全体として本願に組み込まれる）において開示される光検出器等の、任意の光検出器を使用することが可能である。あるいは透過光線１０は、（図２Ｃおよび２Ｄのように）透過面２０４を経て、基板１０２上の導波路３０１に伝播することができる。
【００１７】
透過面２０４の湾曲部２０８は、レンズとして作用するように構成され、また配置されることができる。この種のレンズは、光検出器３００の活性領域上に達する信号光１０を、レンズ２０８のない光検出器によって受信されたものと比較して、より多くするように作用し（図１、２Ａおよび２Ｂ）、または、該レンズは、導波路３０１に達する信号光１０を、レンズ無しで導波路に結合されたものと比較して、より多く結合するように作用する。透過面２０４の湾曲部２０８の代わりに、透過面２０４に、フレネルレンズ、屈折率勾配型レンズあるいは他のレンズ状構造またはアダプタを含むレンズを、他の任意の適切な方法により実装することができる。光学素子２００の光学的な効率を向上させるため、必要または要求に応じて、反射防止膜を、第２の透過面２０４またはその部分（存在する場合、レンズ２０８を含む）に被覆することができる。不必要な光信号を抑制するため、必要または要求に応じて、通過する開口部を有する略不透明被膜２０５を、開口として作用する第２の透過面上に形成することができる。この種の開口（存在する場合）は、少なくとも一部のレンズ２０８（存在する場合）を露出させるために配置されることができる。
【００１８】
用いられる製造方法に応じて、光学素子２００は、装着面２０６の付近またはそれに隣接して突出部分２０７を設けることができる。例えば、光学素子がウエハ状態で作成され、その後個々の光学素子がウエハを切断または劈開により分割される際に装着面が形成される場合（更に下記にて説明）には、この種の突出部を設けることができる。光学素子２００にこの種の突出部２０７が存在する場合、突出部２０７を収容し、装着面２０６と基板表面の平坦部分１０６間の接触を可能にするため、対応する溝１０７を、基板１０２の平坦部分１０６の付近またはそれに隣接して形成することができる。
【００１９】
図２Ａから２Ｄに概略的に示されるように、他の光導波路１０８は導波路基板１０２上に形成されることができる。図２Ａおよび２Ｃにおいて、第２の光導波路１０８の端面から出射される光信号の一部分は、光学素子２００の第１の透過面２０２で反射し、そしてその端面を介して第１の光導波路１０４に入射する（すなわち、導波路１０４および１０８は、第１の透過面２０２からの反射によって端部結合する）ように、第２の導波路１０８が配置される。第２の導波路１０８からの光信号を第１の導波路１０４に反射するため、反射光学機能が第１の透過面２０２に付与される。この種の反射機能は、一般的に反射光学的被膜、例えば金属被膜や多層誘電体被膜によって付与される。多くの場合、反射被膜は、２色性光学的被膜、すなわち、第１の波長範囲を透過させるのと同時に第２の波長範囲を反射する被膜である。上記配置においては、第１の透過面２０２からの反射と、導波路の端部結合により、導波路１０４の端面から出射された光信号を導波路１０８に誘導している（図２Ｂおよび２Ｄ）。
【００２０】
第１の透過面２０２上に２色性光学的被膜があり、レンズが第２の透過面２０４上に形成され、図２Ａまたは２Ｃに従って配置された状態の光学素子２００は、双方向性光学的装置、例えば双方向性送受信装置において使用されることができる。２色性光学的被膜の透過波長範囲内の入射光信号１２は、導波路１０４に沿って伝播し、そして導波路１０４の端面から光線１０として出射される。（光線１０として伝播する）該入射信号１２は、２色性光学的被膜を介して第１の透過面２０２を透過し、光学素子２００内を伝播し、そして第２の透過面２０４上のレンズ２０８から出射する。この透過光線１０は、光検出器３００または導波路３０１によって直接受信されることとなり、レンズ２０８は、光検出器または導波路によって受信される透過光線の割合を増大させるのに役立つことができる。例えばレーザーまたは他の光源からの、２色性光学的被膜の反射波長範囲内の出射光信号１４は、第２の光導波路１０８に沿って伝播し、そして導波路１０８の端面から光線として出射される。該出射信号１４は、２色性光学的被膜を介して第１の透過面２０２で反射され、導波路１０４の端面に入射し、そして導波路１０４に沿って伝播する。図２Ｃの配置においては、信号１２および１４の方向（および入射・出射信号としてのそれぞれの役割）は、逆転することもありうる。
【００２１】
第１の透過面２０２上に２色性光学的被膜があり、レンズが第２の透過面２０４上に形成され、図２Ｂまたは２Ｄに従って配置された状態の光学素子２００は、デマルチプレクサとして使用されることができる。波長分割多重化光信号部１６ａおよび１６ｂからなる多重チャネル入射光信号１６は、導波路１０４に沿って伝播し、導波路１０４の端面から光線１０として出射される。（２色性光学的被膜の透過波長範囲内の）第１の光信号部１６ａは、光線１０として伝播し、また２色性光学的被膜により第１の透過面２０２を介して透過し、光学素子２００内を伝播し、そして第２の透過面２０４上のレンズ２０８から出射する。（光線１０として透過する）第１の光信号部１６ａは、光検出器３００または導波路３０１によって直接受信され、また、レンズ２０８は、光検出器または導波路によって受信される透過光線の割合を増大させるのに役立つ。（２色性光学的被膜の反射波長範囲内の）第２の光信号部１６ｂは、導波路１０４の端面から光線として出射され、また２色性光学的被膜により第１の透過面２０２で反射され、導波路１０８の端面に入射し、そして導波路１０８に沿って伝播する。図２Ｄの配置においては、その結果の配置がマルチプレクサとして機能して、信号１６ａおよび１６ｂの方向が逆転することもありうる。
【００２２】
一方または両方の透過面２０２，２０４において、光線を透過させるための開口部を設けた略不透明の層または被膜を付与することができる。この種の不透明被膜中の開口部は、透過面を出射する迷光の量を減らすことにより、開口または粗い空間フィルタとして役立つことができる。例えば、上記の双方向性装置において、表面２０２で反射される出射光信号の一部分は、反射被膜を透過し、光学素子２００に入射する可能性がありうる。この種のリーク信号は、入射信号が検出される際の好ましくないバックグラウンド信号の典型である。開口部または開口が最適に配置された状態の表面２０４上の略不透明被膜２０５は、少なくとも一部のリーク信号を阻止しつつ、表面２０４に到達した入射光信号を選択的に透過させることができる。表面２０４上にレンズ２０８を含む光学素子２００において、少なくともレンズ２０８の部分が不透明被膜を介して開口部により露出するように、不透明被膜２０５中に開口部が位置づけられる。適切な被膜としては、限定されるものではないが、様々な反射性、散乱性、または吸収性の金属または誘電体被膜が挙げられ、任意の適切な被膜材料または形態を使用することができる。吸収性被膜が使用される場合、それは反射または散乱を抑制するように適応させることもできる。適切な吸収性および反射抑制被膜のいくつかの例は、米国特許公開番号ＵＳ  ２００６／０２５１８４９  Ａ１において開示されており、そしてこの開示内容は、参照することによってあたかも本願に完全に記載されているように全体として本願に組み込まれるものとする。それらの実施例は概して、入射光信号の反射を抑制して吸収するよう配置された金属および誘電体層を含んでいる。
【００２３】
基板１０２上の光学素子２００の適当な位置決めを容易にするために、光学素子は、１つ以上の位置合わせ指標を備えることができる。この種の指標は概して、一方または両方の透過面２０２，２０４と関連して、または一方の透過面に設けられたレンズ２０８または他の機能と関連して、光学素子２００に配置される。この種の位置合わせ指標は概して、光学的装置のアッセンブルの時に、基板１０２に設けられた係合指標または機能に対して、（人、被補助者、またはマシンビジョンによって）視覚的に合わせされる。適切な位置合わせ指標としての一例は、光学素子２００上の金属層の露出端２１０である。この種の金属層は、光学素子の製造工程中（あるいはより一般的には、単一の基板ウエハ上の複数の光学素子２００の同時製作の間に；更に下記にて説明）に堆積させることができ、その後該層の端は、製造工程後半において、例えば、ウエハから個々の光学素子を分離する（「個別化」とも称される）間に、露出させることができる。一般的な空間選択的な材料加工（例えば、エッチングまたはリソグラフィ）の固有の精度と同等の精度で、透過および配置表面として位置合わせ指標が配置される。
【００２４】
位置合わせ指標の代わりに、またはそれに加えて、機械的位置合わせ構造を、光学素子２００の上に形成し、そして基板表面上の係合位置合わせ構造に係合するように配置することができる。例えば、位置合わせ縁部、突起、表面または他の構造を、光学素子上に形成することができ、基板１０２に形成された係合位置合わせ縁部、突起、表面または他の構造に対して位置づけることができる。
【００２５】
光学素子２００は、任意の所望の波長範囲において十分に透明な任意の材料から製造することができる。光通信への適用のため、可視から近赤外線（最高約１．７マイクロメートル）の範囲の波長が使用される。適切な材料として、限定されるものではないが、誘電体材料または半導体材料が挙げられる。使用される材料は、アモルファス、あるいは結晶性材料であってもよい。結晶性材料である場合、透過面２０２，２０４または装着面２０６は、結晶性材料のそれぞれの結晶面と略平行となるように光学素子２００を製造する上で、有利となりうる。場合によっては、これによって、表面を形成するように、劈開または異方性ウェット・エッチングを使用することができる。結晶面の使用はまた、光学素子の透過および装着面の相対配向の精度または正確さを増大させることができる。
【００２６】
光学素子２００を形成するために、任意の適切な製作技術を使用することができる。空間選択的な材料加工技術、例えば、エッチングまたはリソグラフィを使用している一般のウエハ上に、同時に多数の光学素子を製造することは、有利となりうる。
【００２７】
複数の光学素子を形成する例示的な方法は、図３から１０に概略的に示されている。ウエハ４００は一般的に、結晶性半導体材料の結晶面と平行となる平行な第１および第２の表面４００ａおよび４００ｂを有する単一の結晶性半導体ウエハを備えている。記号表示「第１」および「第２」は、説明の便宜の目的にのみ使用されており、もし明確に定められていない場合には機能的な重要性を必ずしも有しているわけではない。当該方法は、（順不同で）(i)複数の位置合わせ機能を有する部分を定めるためにウエハの第１の表面を空間選択的に加工すること、(ii)複数のレンズおよび複数の装着面を定めるためにウエハの第２の表面を空間選択的に加工すること、(iii)第１のウエハ表面上に光学的被膜を形成すること、および(iv)ウエハを個々の光学素子に分割する（すなわち、単一化する）ことを含んでいる。これら諸工程の各々の具体的な実施例の詳細は、後述される。この例示的な製作工程においては、光学的被膜および位置合わせ指標は、ウエハの第１表面上に形成され、またレンズおよび装着面は、ウエハの第２表面上に形成される。（それらの各々の透過面の間の）光学素子の長さが、（処理工程のいずれかで減少された）ウエハの厚み、例えばシリコンウエハとして一般的に数百マイクロメートルにほぼ等しい状態で、ウエハ表面は、最終的に形成される光学素子の透過面に対応することになる。任意の適切なウエハ材料または厚みは、必要または要求に応じて使用されることができる。
【００２８】
図３（第１のウエハ表面４００ａの平面図）は、ウエハ４００の第１の表面４００ａでエッチングされた複数の凹部領域４１４の位置を概略的に示している。該凹部領域は、一般的にマスクされたエッチング工程によって形成されるが、任意の適切な空間選択的な材料加工技術によっても形成されることができる。エッチングされた凹部領域４１４の底面または側面（すなわち、端）は、位置合わせ機能を有する部分の最終的な位置を定める（この実施例では位置合わせ指標；あるいは、位置合わせ縁部または表面あるいは他の構造を使用することができる）。複数の溝４２２も、示されるように、ウエハ４００の第１の表面４００ａにエッチングされており、また各々は、（更に後述するように）最終的に対応する光学素子の第１の透過面になる領域を囲っている。図４および５（それぞれウエハ４００の平面図および断面図）は、凹部領域４１４の底部および端部を覆うように、ウエハ表面４００ａに空間選択的に堆積した金属被膜４１２を概略的に示している。金属層４１２は、直接半導体上に堆積させる、またはウエハ表面４００ａ上に堆積、成長、または形成された酸化物または他の誘電体層４１１上に堆積させることができる。金属層４１２またはそれに引き続いて堆積される層は、介在している誘電体層の存在に関わらず、いまだウエハ表面４００ａ「上」にあると見なされうる。金属層４１２の空間選択的な堆積は、金属層へのマスクされた堆積によって、または非選択的な堆積後の金属層の空間選択的な除去によって（例えば、「リフトオフ」工程を介して）達成することができる。金属層４１２の端は、次の製作工程にて露出され、そして、このようにして露出した端は、エッチングされた凹部４１４の底部または端部によって定められる位置を有する可視位置合わせ指標を備えることになる。
【００２９】
限定されるものではないが上述したものを含む光学機能を、任意の適切な方法にて第１のウエハ表面４００ａに付与することができる。図６は、溝４２２の底部および端部を含むウエハ表面４００ａに堆積した光学的被膜４２４を概略的に示している。堆積される光学的被膜は、任意の必要、要求、または適切とされる種類からなることができ、これは限定されるものではないが、反射防止被膜、高反射または部分反射被膜、２色性光学的被膜、あるいはスペクトル選択的フィルタ・コーティングなどが挙げられる。一般的に溝４２２の底部にある堆積被膜の継ぎ目は、（ダイサー切断、劈開、または他の適当手段によって；更に下記に記載される）ウエハ４００が個々の光学素子に分割されるときに概して発生する被膜のクラックを制限するのに役立つ。被膜内に広がるクラックは、一般的に溝４２２の継ぎ目で終結し、対応する溝４２２によって囲まれる被膜４２４のそれらの部分上の被膜を実質的にそのままの状態にすることになる。
【００３０】
光学素子を互いに分割する際の光学的被膜のクラックを制限するため、ウエハ６００の表面６００ａに形成される不連続面として（完成した光学素子内に光信号を透過させることを目的とする）囲まれた透過領域６２４を残りのウエハ表面６００ａから分離するような、任意の適切な配置を使用することができる（図２１Ａから２１Ｆ）。図２１Ａおよび２１Ｂにおいて示されるように、溝６２２は、（図３〜２０に示される例示的な配置と同様に）光信号を透過させることを目的として領域６２４を囲んでおり、また残りのウエハ表面６００ａから領域６２４を分離している。図２１Ｃおよび２１Ｄにおいて、領域６２４は、周囲のウエハ領域６００ａから突出している凸部を備えている。図２１Ｅおよび２１Ｆにおいて、領域６２４は、周囲のウエハ領域６００ａに対して凹部となっている。これらの全ての実施例において、溝、凸部または凹部領域の端において一般的に現れる継ぎ目は、光学素子が互いに分割されるときに生じうる堆積した光学的被膜にクラックが広がることを制限するのに役立っている。しかしながら、この種の特徴が欠如している光学素子（すなわち、光信号を透過させることを目的とする領域が、周囲のウエハ表面に隣接している場合）も、本明細書の開示または添付の請求の範囲内にあるものとする。
【００３１】
図７（第２のウエハ表面４００ｂの図）および図８（ウエハ断面図）は、ウエハ４００の第２の表面４００ｂを加工したことによる、複数の装着面４０６および複数のレンズ４０８の形成を概略的に示している。装着面４０６およびレンズ４０８は、エッチングされた溝４２２（存在する場合）およびエッチングされた凹部４１４に対して適切に位置づけられている。装着面４０６は、ウエハ表面４００ｂの溝または凹部を形成するための任意の適切な空間選択的な材料加工技術によって形成することができ、また一般的にこの種の溝または凹部の略平坦な側壁を備えている。例えば、結果として生じる装着面４０６がウエハ４００の結晶面と平行となるように、マスクされた異方性ウェット・エッチング処理を使用することができる。他の例では、基板表面４００ｂに対して所望の角度で装着面４０６を形成するために、任意の適切な種類のビームエッチング（例えば、イオンビーム・エッチング）を使用することができる。装着面４０６は多くの場合、基板表面４００ｂに対して略垂直に方向づけられているが（結果として、完成した光学素子の装着面に対して透過面が略垂直になる）、異なる相対配向が必要または要求される場合には、このようにする必要はない。レンズ４０８を形成する第２のウエハ表面４００ｂの湾曲部は、任意の適切な方法によって形成することができ、これは限定されるものではないが、第２のウエハ表面４００ｂ上への空間選択的な堆積およびこれに続く材料のリフロー、リフロー有りまたは無しのグレイスケール・リソグラフィ方法、リフロー有りまたは無しの多段階または多層リソグラフィ・エッチング工程、または、その後に等方性エッチングまたは他の平滑化工程が続く平坦な凸部を形成するエッチング工程などが挙げられる。一例においては、レンズ様形状を形成するために、堆積フォトレジストの囲まれた場所をリフローすることができる。続くウエハのその領域のドライエッチングは、リフローされたフォトレジストの表面形状をエッチングされたウエハ表面に移す。他の任意の適切な方法も、使用することができる。レンズ４０８は、第２の基板表面４００ｂの、平坦部、凹部、または凸部に形成することができる。（図１５のように）ウエハ表面の凹部内に凸面レンズ面を形成することは、続くウエハまたは完成した光学素子を処理するまたは取り扱う間に、レンズ面を保護するのに役立つことができる。
【００３２】
（上述した）金属被膜または他の略不透明被膜４３０は、第２の基板表面４００ｂに堆積されることができる（図９）。開口部は、少なくとも部分的にレンズ４０８を露出した状態のままにする不透明被膜４３０内に形成される。開口部は、不透明被膜４３０の堆積の前にレンズを空間選択的にマスクすることによって、またはその堆積の後にレンズ４０８から不透明被膜４３０の部分を空間選択的に除去することによって、形成することができる。上述したように、不透明被膜４３０は、完成した光学素子内を透過する迷光の量を減少させるのに役立つ。金属不透明被膜が使用される場合、例えば、導波路基板の金属部材上にはんだ付けまたは取り付けを行うことにより、導波路基板上への光学素子の装着を容易にするため、金属不透明被膜を装着面４０６上に広げることができる。１つの実施例においては、不透明被膜４３０は、吸収および反射抑制のために設計されたチタンまたはクロミウム層を含むシリコン層であってもよく（以前に含まれた特許公開番号ＵＳ  ２００６／０２５１８４９  Ａ１にて開示）、更に金層によってこれらの各層を覆うことにより、光学素子をハンダ付けするのを容易にすることができる。不透明被膜は、表面４００ｂおよび４０６上で略均一となることができ、あるいは、それらの表面またはその異なる領域の中で変化させることができる。例えば、略等方的な堆積工程においては、表面４００ｂおよび４０６上に略均一の層を形成することができる。対照的に、異方的な堆積工程では一般的に、表面４００ｂと４０６の間で被膜の厚さまたは形態が異なることになる。異方的な堆積工程が使用され、傾斜した基板に堆積された場合、ウエハのある領域は陰になり、したがってコーティングされていない状態のままになることもありうる（例えば、表面４０６の反対側の溝の壁部）。不透明被膜４３０におけるこれらのバリエーションのいずれも、本明細書の開示または添付の請求の範囲内にあるものとする。
【００３３】
第１および第２のウエハ表面を処理した後に、ウエハ４００は、個々の光学素子４０１に分割され（すなわち、単一化される；例えば、図１０のようなダイサー切断４９０によって）、各々は、コーティングされた透過面領域４２４、装着面４０６、レンズ４０８および位置合わせ指標４１０を有している（図１１Ａから１１Ｄ）。個々の光学素子４０１は、これに限定されるものではないが、（ダイサー、レーザーまたは他の切断工具を使用して）ウエハを劈開、切断することを含む任意の適切な方法によって分離される（すなわち、単一化される）ことができる。凹部領域４１４は、１つの光学素子を他の光学素子から分離させる切断部４９０（または劈開面）と交差するように配置され、これにより、先に堆積した金属層４１２の端を露出させることになる。その露出した端は、導波路基板または他の基板表面上の光学素子の適当な位置決めを容易にするための位置合わせ指標４１０を、光学素子４０１上に形成することになる。個々の光学素子を切り離すための任意の技法が使用され、突出部または突起４０７は、一般的に装着面４０６に隣接した状態のままになる。突起４０７が存在することにより、平坦な装着面、例えば導波路基板上への光学素子４０１の適切な位置決めを阻害することになるところであるが、溝、スロットまたはポケットは、一般的に、突起４０７を収容して装着面４０６と略平坦な基板とが適当に係合できるように、導波路基板上のその平坦な装着部に隣接して形成される。
【００３４】
光学素子５０１の他の例示的な実施形態は、図１２Ａから１２Ｂに示されており、また、複数のこの種の光学素子を形成するための例示的な方法は、図１３から１９に概略的に示されている。図１２Ａおよび１２Ｂの例示的な配置は、図２Ａ（双方向性）および図２Ｂ（デマルチプレクサ）の配置に類似しており、また光検出器３００を含んでいる。付加的な導波路（図示せず）を含む図２Ｃおよび２Ｄに類似した配置もまた使用することができる。ウエハ５００は、一般的に、結晶性半導体材料の結晶面と平行する、平行な第１および第２の表面５００ａおよび５００ｂを有する単一の結晶性半導体ウエハを含んでいる。記号表示「第１」および「第２」は、説明の便宜の目的にのみ使用されており、もし明確に定められていない場合には機能的な重要性を必ずしも有しているわけではない。当該方法は、（順不同で）(i)複数の位置合わせ機能を有する部分および複数のレンズを定めるためにウエハの第１の表面を空間選択的に加工すること、(ii)複数の装着面を定めるためにウエハの第１の表面を空間選択的に加工すること、(iii)光学的被膜を第２のウエハ表面上に形成すること、ならびに、(iv)ウエハを個々の光学素子に分割することを含んでいる。この例示的な製作工程において、レンズ、位置合わせ指標および装着面は、ウエハの第１表面上に形成され、そして、光学的被膜は、ウエハの第２表面上に形成される。これらウエハ表面は光学素子の透過面に相当し、（それらのそれぞれの透過面の間の）光学素子の長さが、例えばシリコンウエハに対して、（いずれかの処理工程までに減少されて）一般的に数百マイクロメートルのウエハ厚にほぼ等しい状態になるように最終的に形成される。任意の適切な厚さのウエハ材料が、必要または要求に応じて使用されることができる。
【００３５】
図１３（ウエハ表面５００ａの平面図）は、ウエハ５００の表面５００ａにエッチングされる複数の凹部領域５１４の位置、およびウエハ５００の表層５００ａの上に形成される複数のレンズ５０８の位置を概略的に示している。凹部領域５１４は、一般的にマスクされたエッチング工程によって形成されるが、任意の適切な空間選択的な材料加工技術によっても形成されることができる。エッチングされた凹部領域５１４の底面または側面（すなわち、端）は、位置合わせ機能を有する部分の最終的な位置を定める（本例では位置合わせ端；代わりに、位置合わせ指標または表面または他の構造を使用するこができる）。上述したレンズを含むレンズ５０８は、任意の適切な方法によって形成されることができる。
【００３６】
図１４（第２のウエハ表面５００ｂの図）および図１５（ウエハ断面）は、（任意の所望のまたは適切な種類の）溝５２２によって囲まれ、光学的被膜５２４によって被覆されている複数の領域の形成を概略的に示している。溝５２２は、反対側のウエハ表面５００ａ上に形成される領域５１４およびレンズ５０８に対して適切に位置づけられている。光学的被膜５２４は、ウエハ表面５００ｂ上の所望の光学機能を付与する任意の適切な種類（例えば、反射、反射防止、スペクトル選択的、または２色性）でありえる。上述したように、溝５２２は、被膜５２４にクラックが生じるのを制限するのに役立ち、図２１Ａ〜２１Ｆにおける他の配置を使用することができる。図１６および１７において示されるように、溝は、装着面５０６を形成する表層５００ａに、レンズ５０８および凹部領域５１４に対して適切に位置づけて、（上述した、ドライまたはウェット・エッチングまたは他の適切な空間選択的な材料加工によって）形成することができる。例えば、結果として生じる装着面５０６がウエハ５００の結晶面と平行となるように、マスクされた異方性ウェット・エッチング工程を使用することができる。他の例においては、任意の適切な種類のビームエッチング（例えば、イオンビーム・エッチング）も、基板表面５００ａに対して所望の角度で装着面５０６を形成するために使用することができる。装着面５０６は多くの場合、（完成した光学素子の装着面に対して略垂直な透過面となるよう）基板表面５００ａに対して略垂直に方向づけられるが、異なる相対配向が必要または要求される場合には、このようにする必要はない。
【００３７】
図１８（ウエハ５００の断面図）は、略不透明被膜５３０が、凹部領域５１４の底部および端部ならびに装着面５０６を覆うように、空間選択的にウエハ表面５００ａに堆積していることを概略的に示している。被膜５３０は、直接半導体上に堆積される、または、ウエハ表面５００ａ上に堆積、成長、または形成された酸化物層または他の誘電体層上に堆積され、また、上述した任意の適切な被膜を含むことができる。上述したように、少なくとも部分的にレンズ５０８を露出した状態に維持した被膜５３０においては、開口部が形成される。上述したように、被膜５３０は、完成した光学素子内を透過する迷光の量を減少させるのに役立つことができる。例えば、導波路上の金属部材または被膜上にはんだ付けまたは取り付けを行うことにより、導波路基板上へ光学素子を装着するのを容易にするため、被膜５３０の部分は装着面５０６を被っている。金属層５３０の端は、エッチングされた凹部５１４の底部または端部にて規定される位置を有し、可視的な位置合わせ指標５１０として作用する。
【００３８】
第１および第２のウエハ表面を処理した後に、ウエハ５００は、個々の光学素子５０１に分割され（すなわち、単一化され；例えば、図１９のようなダイサー切断５９０によって）、各々は、透過表面領域５２４、装着面５０６、レンズ５０８および位置合わせ指標５１０を有する（図２０Ａから２０Ｄ）。個々の光学素子５０１は、これに限定されるものではないが、（ダイサー、レーザーまたは他の切断工具を使用して）ウエハを劈開、切断することを含む任意の適切な方法によっても切り離す（すなわち、単一化する）ことができる。凹部領域５１４は、１つの光学素子を他の光学素子から分離させる切断部５９０（または劈開面）に交差するように配置され、これにより、先に堆積した金属層５３０の端を露出させることになる。露出した端部は、導波路基板または他の基板表面上の光学素子の適切な位置決めを容易にするために、光学素子５０１上に位置合わせ端５１０を形成する。上述したように、個々の光学素子を切り離すために使用される任意の方法によって、突出部または突起５０７は、一般的に装着面５０６に隣接して残される。突起５０７が存在することにより、平坦な装着面上、例えば導波路基板上への光学素子５０１の適切な位置決めを阻害することとなるところであるが、溝、スロットまたはポケットは、突起５０７を収容し、装着面５０６の略平坦な基板との適当な係合をさせるように、一般的にその平坦な取付け部分に隣接して、導波路基板の上に形成される。
【００３９】
図３から１０または図１３から１９の方法によって形成されるそれぞれの実施例は、被膜表面４２４／５２４またはレンズ４０８／５０８に対する、位置合わせ機能を有する部分４１０または５１０の配置において異なる。位置合わせ機能を有する部分４１０は、光学的被膜４２４を有する透過面と同じ側の光学素子４０１上にあり、また、装着面４０６およびレンズ４０８と反対側の要素４１０上にある。位置合わせ機能を有する部分５１０は、装着面５０６およびレンズ５０８と同じ側の光学素子５０１にあり、また、光学的被膜５２４を有する透過面とは反対側の要素５１０にある。ある状況においてそれらの配置うちいずれが好ましいかは、製作の容易さまたは費用、完成した光学素子の位置合わせ機能を有する部分の可視性、レンズに対する被膜表面の導波路基板上への配置の要求精度などを含む、様々な要因によって決定されうる。ウエハの同一面上に形成される構造物の相対的な配置は、ウエハの厚みに影響されない。導波路に対する被膜表面の配置がより厳しい精度を有する例においては、利用可能、実行可能、あるいは充分に容易にまたは経済的に製造可能である場合（同等の全ての他の要因の場合）、光学要素４１０を配置することが好ましいこととなる。導波路に対するレンズの配置がより厳しい精度を有する例においては、（同等の全ての他の要因の場合において）光学要素５１０を配置することが好ましいことになる。
【００４０】
図３から１０または１３から１９の例示的な方法における諸工程の特定の順番は、変えることができ、そして、異なる順番で実行されるそれら諸工程を有する方法は、本明細書の開示または添付の請求の範囲内にあるものとする。
【００４１】
両方の例示的な方法（図３から１０、図１３から１９）は、単一の製作手順の間に、単一のウエハ上にある複数の光学素子を同時にウエハ規模で製造することを可能にする。ウエハおよび完成した光学素子の相対寸法に応じて、何百、何千または何万もの光学素子を、同時に製造することができる。複数の光学素子のウエハ規模でのコーティングにより、かなりの経済的利益を実現することができる。それらが互いから分離される前に、ウエハ―スケール・テストまたはキャラクタリゼーションが、（例えば、図９および１０の間に、または図１８および１９の間に）光学素子において実行することもできる。
【００４２】
開示された例示的な実施形態および方法の同等物は、本明細書の開示および／または添付の請求の範囲内にあるものとする。開示された例示的な実施形態および方法ならびにそれらの同等物は、本明細書の開示または添付の請求の範囲の範囲内に留まりつつ、改変されることができるものとする。
【００４３】
本明細書の開示または添付の請求の範囲において、接続詞「または／あるいは（or）」は、包括的に解釈されるものとする（例えば、「イヌまたはネコ」は、「イヌまたはネコ、あるいは両方とも」と解釈される；例えば、「イヌ、ネコまたはマウス」は、「イヌ、またはネコ、またはマウスあるいは任意の２つまたは全ての３つ」と解釈される）。そうでない場合は、(i)それは、「・・・のうちのいずれか」、「・・・のうちの１つのみ」、または類似の語法を用いて明確に述べられ、あるいは、(ii)記載された選択肢のうちの２つ以上は、「または／あるいは(or)」が非排他的な選択肢を含むそれらの組合せのみを包含している特定の文脈のなかでは、排他的である。本明細書の開示または添付の請求の範囲において、用語の「備える／含む（comprising)」、「含む(including)」、および「有する（having)」は、句の「少なくとも（at least）」がその各例の後に追加されるのと同じ意味を有する、制限の無い用語として解釈されるものとする。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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