(57)【要約】【課題】  平面導波路素子への実装、及び自動化工程により製造することが可能な光学フィルターを提供する。【解決手段】本発明による光学フィルター２００は、一側面から既設定された深さを有する溝２１１が前面及び後面に露出された多面体構造の基体２１０と、該基体の前面に積層され基体２１０の溝２１１により露出された部位を閉鎖する多層薄膜２３０と、を含む。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一側面から既設定された深さを有する溝が前面及び後面に露出された多面体構造の基体と、
前記基体の前面に積層され前記基体の溝により露出された部位を閉鎖する多層薄膜と、を含むこと
を特徴とする光学フィルター。
【請求項２】
前記光学フィルターは、前記基体の前面と前記多層薄膜との間と、前記基体の後面と、にそれぞれ形成された酸化膜をさらに含むこと
を特徴とする請求項１に記載の光学フィルター。
【請求項３】
前記基体は、シリコン材質からなること
を特徴とする請求項１に記載の光学フィルター。
【請求項４】
前記多層薄膜は、複数の誘電体媒質が積層されたものであること
を特徴とする請求項１に記載の光学フィルター。
【請求項５】
前記多層薄膜は、複数の金属媒質が積層されたものであること
を特徴とする請求項１に記載の光学フィルター。
【請求項６】
前記多層薄膜は、多重化フィルターを含むこと
を特徴とする請求項１に記載の光学フィルター。
【請求項７】
前記多層薄膜は、逆多重化フィルターを含むこと
を特徴とする請求項１に記載の光学フィルター。
【請求項８】
前記多層薄膜は、バンドパスフィルターを含むこと
を特徴とする請求項１に記載の光学フィルター。
【請求項９】
前記多層薄膜は、偏向光収斂フィルターを含むこと
を特徴とする請求項１に記載の光学フィルター。
【請求項１０】
前記酸化膜は、１〜２μｍの範囲内の厚さに形成されること
を特徴とする請求項２に記載の光学フィルター。
【請求項１１】
ウエハーの第１及び第２の面を酸化させて酸化膜を形成する工程と、
前記第１の面に形成された前記酸化膜上に多層薄膜を蒸着する蒸着工程と、
前記第２の面の中心部分から前記第１の面の酸化膜に接するように前記ウエハーをエッチングしてトレンチを形成するエッチング工程と、
前記トレンチを含む前記第１の面と前記第２の面とを切断することによって、各々の基体を有する二以上の光学フィルターを形成する切断工程と、を含むこと
を特徴とする光学フィルターの製造方法。
【請求項１２】
前記切断工程において、前記ウエハーは、ダイシングにより各々の基体を有する光学フィルターに分離され、前記多層薄膜と酸化膜とを含む所定箇所に、ダイシングするための溝が形成されること
を特徴とする請求項１１に記載の光学フィルターの製造方法。
【請求項１３】
前記トレンチは、湿式エッチングにより形成されること
を特徴とする請求項１１に記載の光学フィルターの製造方法。
【請求項１４】
前記切断工程において、前記ウエハーは、バルクエッチングにより二以上の光学フィルターに切断されること
を特徴とする請求項１１に記載の光学フィルターの製造方法。
【請求項１５】
半導体基板上に既設定された間隔に離隔成長された第１及び第２の導波路を含む平面光導波路素子であって、
一側面から既設定された深さを有する溝が前面及び後面に露出された多面体構造の基体と、
前記基体の前面に積層され前記基体の溝により露出された部位を閉鎖する多層薄膜を含む光学フィルターと、を含み、
前記光学フィルターは、前記第２の導波路が前記溝に挿入されることにより前記多層薄膜が前記第１及び第２の導波路に対向するように前記半導体基板上に安着されること
を特徴とする平面光導波路素子。
【請求項１６】
前記光学フィルターは、前記基体と前記多層薄膜との間に形成された酸化膜をさらに含むこと
を特徴とする請求項１５に記載の平面光導波路素子。
【請求項１７】
前記溝上に安着された前記基体の一面の部位は、前記半導体基板に接するように形成されること
を特徴とする請求項１５に記載の平面光導波路素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学フィルターに関し、特に、平面光導波路素子などに実装可能な光学フィルターに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学フィルターは、無反射、高反射、帯域透過、波長分割多重化/逆多重化フィルターなどのように、光学的な目的や機能によって、種々の方法で製造することができる。
【０００３】
近年、データ通信やデジタルメディアなどの発展に伴って、これらに用いられる光学の器機ないし素子も多様に発展している。かかる発展の一例として、光学素子が小型化、集積化された平面光導波路素子(Ｐｌａｎａｒ ｌｉｇｈｔｗａｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ)の開発及び使用が挙げられる。この平面光導波路素子は、様々な形態の複数の光学フィルターが結合されることによって、一層多様な機能を提供することができる。
【０００４】
図１は、従来の光学フィルターを実装する平面光導波路を示す平面図である。
【０００５】
図１に示すように、平面光導波路素子１００は、半導体基板(図示せず)と、半導体基板上に形成された第１及び第２の導波路１１１，１１２と、第１及び第２の導波路１１１，１１２の間に位置された溝１２０と、溝１２０内に安着された光学フィルター１３０と、を含む。第１及び第２の導波路１１１，１１２は、半導体基板上に順次に積層された下部クラッドと、活性層と、上部クラッドと、で構成され、その内部に光が進行する。
【０００６】
溝１２０は、ダイシング(Ｄｉｃｉｎｇ)などの方法によって、下部クラッド、活性層、及び上部クラッドを横断（traverse）するように形成される。そして、第１及び第２の導波路１１１，１１２は、溝１２０により予め設定された間隔となるように離隔される。ここで、第１及び第２の導波路１１１，１１２の間の離隔間隔は、挿入される光学フィルター１３０の厚さによって決定される。
【０００７】
第１及び第２の導波路１１１，１１２は、半導体基板(図示せず)上に順次に形成された下部クラッドと、活性層と、上部クラッドと、で構成され、下部クラッドと活性層と上部クラッドとを分断する溝１２０により、第１の導波路１１１と第２の導波路１１２とに分割される。
【０００８】
このような構成の平面光導波路素子１００においては、第１及び第２の導波路１１１，１１２に沿って進行する光は、溝１２０内で所定の角度で拡散することになる。詳しくは、溝１２０による第１及び第２の導波路１１１，１１２の間の離隔間隔が長くなるほど、光の拡散が多くなり、かつ光の損失が増加することになる。
【０００９】
特に、一般的なシングルモード導波路の場合には、溝１２０による離隔間隔が３０μｍ以上になると、大部分の光信号が拡散してしまい、結合損失が非常に大きくなる。したがって、溝１２０に挿入される光学フィルターは、一般的には、１５〜３０μｍ程度の厚さとする必要があり、約１０μｍ前後の厚さのポリマイド系列の基板を使用した光学薄膜フィルター(Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ ｆｉｌｔｅｒ)が用いられることもある。
【００１０】
光学フィルター１３０は、複数の誘電性の物質を蒸着等することで、高分子物質の基板上に積層形成されることができる。そして、光学フィルター１３０は、溝１２０内に安着され、第１及び第２の導波路１１１，１１２の間の屈折率マッチングが可能な高分子物質からなる紫外線または熱硬化性媒質によって溝１２０に接着される。ここで、高分子物質としては、エポキシ(ｅｐｏｘｙ)系列やシリコン(Ｓｉｌｉｃｏｎｅ)系列の物質が主に使用される。溝１２０は、切断(ｓａｗｉｎｇ)などの方法により形成する。
【００１１】
しかしながら、光学薄膜フィルターは、厚さが薄くなるほど取り扱いが困難であり、それによって生産コストの増加を招く、という問題がある。また、光学薄膜フィルターは、外力による物理的な毀損が発生しやすいため、光学薄膜フィルターを平面光導波路素子上に安着させる光軸整列工程の自動化が困難である、との問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、平面導波路素子に実装することができ、また、自動化された工程により製造することが可能な光学フィルター、及びこの光学フィルターを用いた平面光導波路素子を提供することにある。さらには、本発明の他の目的は、一回の切断により複数の光学フィルターを同時に製造することが可能な光学フィルターの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明による光学フィルターは、一側面から既設定された深さを有する溝が前面及び後面に露出された多面体構造の基体と、前記基体の前面に積層され前記基体の溝により露出された部位を閉鎖（cover）する多層薄膜と、を含む。
【００１４】
また、本発明は、半導体基板上に既設定された間隔に離隔成長された第１及び第２の導波路を含む平面光導波路素子であって、一側面から既設定された深さを有する溝が前面及び後面に露出された多面体構造の基体と、基体の前面に積層され基体の溝の露出部位を閉鎖させる多層薄膜を含む光学フィルターと、を含み、光学フィルターは、第２の導波路が溝に挿入されることにより多層薄膜が前記第１及び第２の導波路に対向するように前記半導体基板上に安着される。
【００１５】
さらに、上記他の目的を達成するため、本発明の光学フィルターの製造方法は、ウエハーの対向する第１及び第２の面を酸化させて酸化膜を形成する工程と、第１の面に形成された酸化膜上に多層薄膜を蒸着する蒸着工程と、第２の面の中心部分から前記第１の面の酸化膜に接するようにウエハーをエッチングしてトレンチを形成するエッチング工程と、トレンチを含む前記第１の面と前記第２の面とを切断することによって、各々の基体を有する二以上の光学フィルターを形成する切断工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、薄い厚さの基板上に多層薄膜を積層させた光学フィルターとすることにより、生産コストを節減することができる。即ち、本発明によれば、シリコン材質のウエハーを用いて複数の光学フィルターを同時に製造することにより、多層薄膜を積層させる際の蒸着コストなどを節減することができる。
【００１７】
また、本発明の光学フィルターでは、基体が多層薄膜を支持するので、平面光導波路素子と結合させるために基体に形成された溝を深くエッチングする必要がなくなる、という利点が得られる。
【００１８】
さらに、本発明の光学フィルターの製造方法によれば、トレンチを含む第１の面と第２の面とを切断して複数の光学フィルターが形成されるので、複数の光学フィルターにつきトレンチを形成するためのエッチング工程等のコストを節減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の望ましい実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。以下の説明において、同一の構成要素については出来るだけ同一の参照番号及び参照符号を使用する。また、明瞭性と簡潔性の観点より、本発明に関連した公知機能や構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にすると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。
【００２０】
図２は、本発明の第１の実施形態による光学フィルターを示す図である。
【００２１】
図２に示すように、本発明の第１の実施形態による光学フィルター２００は、一側面から既設定された深さを有する溝２１１が前面及び後面に露出された多面体構造の基体２１０と、基体２１０の前面に露出された溝２１１の一側を閉鎖（ｃｏｖｅｒ）するように基体２１０の前面側に設けられた多層薄膜２３０と、基体２１０の前面に形成され該前面と多層薄膜２３０との間に位置（介在）された酸化膜２２０ａと，基体２１０の後面に形成された酸化膜２２０ｂと、を含む。
【００２２】
基体２１０は、シリコンベースの材料から作られたウエハー(Ｗａｆｅｒ)により製造可能である。酸化膜２２０ａ，２２０ｂは、高温の熱処理によって、基体２１０の両面に形成される。酸化膜２２０ａ，２２０ｂの厚さが厚くなれば、光学フィルター２００の機械的な強度が強化されるが、一方で酸化膜２２０ａ，２２０ｂの厚さが過度に厚くなると、多層薄膜２３０の光学的特性を低下させる。したがって、酸化膜２２０ａ，２２０ｂの厚さは、１〜２μｍの範囲で形成することが好ましい。
【００２３】
多層薄膜２３０は、ＳｉＯ２，ＺｒＯ２，ＴｉＯ２などのような誘電性の媒質或いは他の金属媒質などを用いて積層することができる。この多層薄膜２３０は、酸化膜２２０ａと略同一の面積及び平面形状を有しており、酸化膜２２０ａの前面に蒸着によって積層及び固着され、酸化膜２２０ａとともに基体２１０の溝２１１を覆う。
【００２４】
多層薄膜２３０は、相異なる波長を備えた光を各々の波長に逆多重化する逆多重化フィルターで、または相異なる波長を一つの光に多重化する多重化フィルターで構成することが可能である。また、多層薄膜２３０は、上記の多重化または逆多重化フィルター以外にも、特定波長の光のみを透過させるバンドパスフィルター(Ｂａｎｄ−Ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ)や、偏向光収斂フィルターなどで構成することも可能でり、要求される光学的な目的や機能等に応じて、種々の機能を有する薄膜により蒸着することができる。
【００２５】
溝２１１は、基体２１０の一側面（図２では上側の面）から予め定められた所定の深さまで形成され、かつ、基体２１０の前面（図２では酸化膜２２０ａ側の面）から後面（図２では酸化膜２２０ｂ側の面）まで貫通し、基体２１０の前面及び後面に露出された構造を有するようにエッチングされる。また、溝２１１は、基体２１０前面の酸化膜２２０ａに接するようにエッチングされる。この実施形態では、溝の形状として断面略「コ」字状の溝３１１としているが、他の形状であってもよいことは勿論であり、後述のように、導波路等の外形に合わせて種々の形状とすることができる。
【００２６】
図３Ａ乃至図３Ｃは、図２に示された光学フィルターを製造段階毎に説明するための図である。図２に示された光学フィルター２００は、図３Ａに示すシリコン材質のウエハー３１０などから製造される。
【００２７】
図３Ａは、光学フィルター２００を製造するためのウエハー３１０を示す。図３Ａに示したウエハー３１０は、その両面に、高温で酸化された酸化膜３２０ａ，３２０ｂが形成され、ウエハー３１０の第１面に形成された酸化膜３２０ａ上には多層薄膜３４０が蒸着により覆われる。ウエハー３１０は、両面が研磨された状態のものを用いることが好ましく、その厚さによって光学フィルター２００の厚さを決定することができる。すなわち、ウエハー３１０の厚さは、形成しようとする光学フィルターの厚さに従って決定され、さらにはその他の光学的、機械的、機能的、等の要求に応じて選択することができる。
【００２８】
図３Ａを参照すると、ウエハー３１０は、多数個のセクターに形成できる。
【００２９】
図３Ｂは、図３Ａに示されたウエハー３１０をセクター３３０単位で多数個に分割（切断）した後の、一のウエハーピース３１１を示す。ウエハーピース３１１は、ダイシング(ｄｉｃｉｎｇ)などによりウエハー３１０のセクター３３０を分割することで形成される。
【００３０】
図３Ｃは、図３Ｂに示したウエハーピース３１１について、その上面の酸化膜３２０ａ及び多層薄膜３４０の不要部分を予めエッチングで除去することで、上面中央を横切るような形状の溝３１２を形成した後に、第２の面（ここでは酸化膜３２０ｂ側の面）の中心部分から第１の面の酸化膜３２０ａに接するようにエッチング（この例では湿式エッチング）して、トレンチ３１３を形成した状態を示した図である。ここで、トレンチ３１３は、シリコンのディープエッチング(Ｄｅｅｐ ｅｔｃｈｉｎｇ)時に主に使用されるボッシュ法(Ｂｏｓｃｈ ｐｒｏｃｅｓｓ)などにより形成できる。
【００３１】
さらに、ウエハーピース３１１は、該ピースの中央を通る図３Ｃに示すＡ−Ｂの切断線に沿って、上記第１の面と上記第２の面（及びトレンチ３１３）を横切るように溝３１２に沿って切断されることにより、複数（この場合は２個）に分割され、図２に示したような形状の光学フィルター２００を同時に２個作ることが可能となる。
【００３２】
図４は、本発明の第２の実施形態による光学フィルターを示す図である。
【００３３】
図４に示すように、第２の実施形態の光学フィルター４００は、基体４１０と、基体４１０の前面に蒸着等により積層、固着された多層薄膜４２２と、を含み、基体４１０には、トレンチ４１１が形成されている。本実施形態では、トレンチ４１１は、異方性エッチングによって酸化膜４２１に接するように形成され、基体４１０の下部に開放された部分と酸化膜４２１に接する部分との面積が相異なっている。
【００３４】
この光学フィルター４００は、両面に酸化膜４２１が形成されたウエハーを用いて製造され、酸化膜４２１に多数の誘電体媒質で構成された多層薄膜４２２を蒸着する過程と、多層薄膜４２２が蒸着されたウエハーをエッチングして予め規定（既設定）された形態のトレンチを形成する過程と、ウエハーを多数の光学フィルターに切断する過程により製造される。なお、上述の異方向エッチングによりトレンチを形成する際に、下側の酸化膜が削られる場合もあり、図４はそのような状態を示している。
【００３５】
図５は、ウエハーを各々の光学フィルターに切断するためのパターンを形成する段階を示す図である。すなわち、図５は、ウエハーセクションを分割した状態のピース（ウエハーピース）であって、このウエハーピース５１１は、その上部に順次に形成された酸化膜５２１及び多層薄膜５３１と、下部に形成された下部酸化膜５２２と、該ピース５１１を切断する際にその切断をガイドするための上側溝５１２及び下側溝５１４と、が形成されている。ここで、上側溝５１２は、図５に示すように、酸化膜５２１及び多層薄膜５３１をウエハーピース５１１の中央位置で分断するように形成される。また、下側溝５１４は、上側溝５１２に対応するウエハーピース５１１の下側中央位置に、下部酸化膜５２２を分断するように形成される。
【００３６】
図５に示した光学フィルターの製造方法は、図３Ａ乃至図３Ｂに示された過程については同一であり、次の２つの過程、すなわちウエハーピース５１１にトレンチ５１３を形成するようにエッチングする過程と、トレンチ５１３が形成されたウエハーピース５１１を切断する過程と、が相違する。即ち、図５では、ウエハーピース５１１にエッチングによってトレンチ５１３を形成し、このトレンチ５１３の形成と同時に、図２及び図４の各々に示したような光学フィルター２００、４００に切断する。なお、図５では、図４に示したような形状の光学フィルター４００を同時に２個作る例について示したが、形成するトレンチ５１３の形状を変えることにより、上述の切断によって、図２に示したような形状の光学フィルター２００を同時に２個作ること、或いは、一方は図２の光学フィルター２００で他方は図４の光学フィルター４００を同時に作ることも可能である。
【００３７】
このようなバルクエッチング（bulk etching）により切断された光学フィルターは、ダイシングなどの機械的な切断方法を用いた場合よりも、異物などの発生が少なく、かつ、多層薄膜に加わる物理的な衝撃が小さいので、広い面積を要する光学フィルターの製造にバルクエッチングが適用可能である。
【００３８】
図６乃至図８は、本発明の第３の実施形態を説明するための図であり、光学フィルターが平面光導波路素子と結合した状態を示す図である。
【００３９】
図６乃至図８に示すように、平面光導波路素子６２０は、半導体基板６２１上に下部クラッドと、活性層と、上部クラッドと、が順次に積層された第１及び第２の導波路６２２ａ，６２２ｂを含む。本実施形態では、第１及び第２の導波路６２２ａ，６２２ｂは、既設定された間隔に離隔され、第１の導波路６２２ａと第２の導波路６２２ｂとの間に光学フィルター６１０が安着される。
【００４０】
光学フィルター６１０は、一側面から既設定された深さを有する溝６１１ａが前面及び後面に露出された多面体構造の基体６１１と、基体６１１の前面に露出された溝６１１ａの一側を閉鎖（ｃｏｖｅｒ）するように基体６１１の前面側に蒸着により積層された多層薄膜６１３と、基体６１１の前面に形成され該前面と多層薄膜６１３との間に位置（介在）された酸化膜６１２ａと，基体６１１の後面に形成された酸化膜６１２ｂと、を含み、各酸化膜の内のいずれか一方（この例では酸化膜６１２ａ）は、多層薄膜６１３と基体６１１との間に形成される。
【００４１】
第１及び第２の導波路６２２ａ，６２２ｂは、一部分が切除されているが、半導体基板６２１上で、その上面を覆う平面的な形（planar type）に成長（すなわち隔離成長）させることが可能な線形（linear type）のものである。
【００４２】
そして、第２の導波路６２２ｂは溝６１１ａに挿入され、多層薄膜６１３は第１の導波路６２２ａと第２の導波路６２２ｂとの間に位置する。さらに、溝６１１ａが露出された基体６１１の一面の部位が半導体基板６２１と接するように配置されることによって、多層薄膜６１３が第１及び第２の導波路６２２ａ，６２２ｂに対向するように位置され（図８参照）、光学フィルター６１０が平面光導波路素子６２０に実装される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】従来の光学フィルターを実装する平面光導波路を示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による光学フィルターを示す図である。
【図３Ａ】図２に示された光学フィルターを製造段階毎に説明するための図である。
【図３Ｂ】図２に示された光学フィルターを製造段階毎に説明するための図である。
【図３Ｃ】図２に示された光学フィルターを製造段階毎に説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による光学フィルターを示す図である。
【図５】図４に示された光学フィルターの製造工程を説明するための図である。
【図６】本発明の第３の実施形態を説明するための図であり、光学フィルターが平面光導波路素子と結合した状態を示す斜視図である。
【図７】本発明の第３の実施形態を説明するための図であり、光学フィルターが平面光導波路素子と結合した状態を示す側面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態を説明するための図であり、光学フィルターが平面光導波路素子と結合した状態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４４】
２００，４００，６１０  光学フィルター
２１０，４１０，６１１  基体
２１１，６１１ａ  溝
２３０，３４０，４２２，６１３  多層薄膜
３１０  ウエハー
３２０ａ，３２０ｂ  酸化膜
３１３，４１１，５１３  トレンチ
６２０  平面光導波路素子
６２１  半導体基板
６２２ａ  第１の導波路
６２２ｂ  第２の導波路
【図１】
2006126844.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2006126844.tif 000006
【図３Ｃ】
2006126844.tif 000007
【図４】
2006126844.tif 000008
【図５】
2006126844.tif 000009
【図６】
2006126844.tif 000010
【図７】
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【図８】
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